Les atomes du réseau cristallin du disulfure de tantale s'organisent en étoiles à six branches qui peuvent être manipulées par la lumière, selon les chercheurs de l'Université Rice. Le phénomène peut être utilisé pour contrôler l'indice de réfraction du matériau. Cela pourrait devenir utile pour les affichages 3D, réalité virtuelle et dans les systèmes lidar pour les véhicules autonomes. Crédit :Weijian Li/Université du riz
Les cristaux microscopiques dans le disulfure de tantale ont un rôle de premier plan dans ce qui pourrait devenir un succès pour les écrans 3D, réalité virtuelle et même des véhicules autonomes.
Un réseau bidimensionnel du matériau a des caractéristiques optiques uniques qui peuvent être contrôlées dans des conditions ambiantes et sous un éclairage général, selon l'ingénieur Gururaj Naik et l'étudiant diplômé Weijian Li de la Brown School of Engineering de Rice.
Lorsqu'ils retirent un éclat bidimensionnel d'un échantillon en vrac (avec cet outil éprouvé, ruban adhésif) et éclairez-le, le matériau en couches réarrange les ondes de densité de charge des électrons qui la traversent, modifier son indice de réfraction.
La lumière émise le long de l'axe affecté change de couleur en fonction de la force de la lumière qui entre.
La découverte est détaillée dans le journal de l'American Chemical Society Lettres nano .
"Nous avons besoin d'un matériau optique capable de modifier l'indice de réfraction pour des applications comme la réalité virtuelle, affichages 3D, calculateurs optiques et lidar, ce qui est nécessaire pour les véhicules autonomes, " dit Naïk, professeur assistant en génie électrique et informatique. "À la fois, ça doit être rapide. Ce n'est qu'alors que nous pourrons activer ces nouvelles technologies."
Weijian Li, étudiant diplômé de l'Université Rice, se prépare à tester des cristaux de disulfure de tantale. Le matériau a des caractéristiques optiques uniques qui peuvent être contrôlées dans des conditions ambiantes et sous un éclairage général. Crédit :Jeff Fitlow
disulfure de tantale, un semi-conducteur, composé stratifié avec un centre métallique prismatique, semble correspondre au projet de loi. Le matériau est déjà connu pour abriter des ondes de densité de charge à température ambiante qui permettent d'ajuster sa conductivité électrique, mais la force de l'entrée de lumière modifie également son indice de réfraction, qui quantifie la vitesse à laquelle la lumière traverse. Cela le rend accordable, dit Naik.
Lorsqu'il est exposé à la lumière, la couche de tantale se réorganise en un réseau d'étoiles à 12 atomes, comme l'étoile de David ou les insignes de shérif, qui facilitent les ondes de densité de charge. La façon dont ces étoiles sont empilées détermine si le composé est isolant ou métallique le long de son axe c.
Il s'avère que cela détermine également son indice de réfraction. La lumière déclenche le réalignement des étoiles, changer les ondes de densité de charge suffisamment pour affecter les constantes optiques du matériau.
« Cela appartient à une classe de ce que nous appelons les matériaux fortement corrélés, ce qui signifie que les électrons interagissent fortement les uns avec les autres, " dit Li. " Dans ce cas, nous pouvons prédire les propriétés qui montrent une forte réponse à un stimulus externe."
Que le stimulus soit aussi doux que la lumière blanche ambiante est un plus, ajouta Naik. "C'est le premier matériau que nous avons vu où l'interaction de la lumière se produit non seulement avec des particules simples, mais avec une collection de particules ensemble, à température ambiante, " dit-il. Le phénomène semble fonctionner dans du disulfure de tantale aussi fin que 10 nanomètres et aussi épais qu'un millimètre, il a dit.
"Nous pensons qu'il s'agit d'une découverte importante pour ceux qui étudient des matériaux fortement corrélés pour des applications, " a déclaré Naik. " Nous montrons que la lumière est un bouton très puissant pour changer la façon dont la corrélation s'étend dans ce matériau. "
