Если вы собираетесь нарушить правило со стилем, убедитесь, что все это видят. Это цель инженеров Университета Райса, которые надеются улучшить экраны для виртуальной реальности, 3D-дисплеев и оптических технологий в целом.

Гурурадж Найк, адъюнкт-профессор электротехники и вычислительной техники в инженерной школе имени Джорджа Р. Брауна Райс, и выпускница программы магистратуры по прикладной физике Хлоя Дуарон нашли способ манипулировать светом в наномасштабе, который нарушает правило Мосса, описывающее компромисс. между оптическим поглощением материала и тем, как он преломляет свет.

По-видимому, это больше похоже на рекомендацию, чем на фактическое правило, потому что существует ряд «супермоссовых» полупроводников. Золото дураков, также известное как железный колчедан, является одним из них.

В своем исследовании Advanced Optical Materials Найк, Дойрон и соавтор Джейкоб Хургин, профессор электротехники и вычислительной техники в Университете Джона Хопкинса, пришли к выводу, что железный пирит особенно хорошо работает в качестве нанофотонного материала и может привести к созданию лучших и более тонких дисплеев для носимых устройств. устройства.

Более важно то, что они разработали метод поиска материалов, которые превышают правило Мосса и предлагают полезные свойства обработки света для дисплеев и сенсорных приложений.

«В оптике мы по-прежнему ограничены очень небольшим количеством материалов», — сказал Найк. «Наша периодическая таблица очень мала. Но есть так много материалов, которые просто неизвестны только потому, что мы не придумали, как их найти».

«Это то, что мы хотели показать: есть физика, которую можно применить здесь, чтобы составить короткий список материалов, а затем помочь нам найти те, которые могут привести нас к любым промышленным потребностям», — сказал он.

«Допустим, я хочу спроектировать светодиод или волновод, работающий на заданной длине волны, скажем, 1,5 микрометра, — сказал Найк. «Для этой длины волны мне нужен наименьший из возможных волновод с наименьшими потерями, а это означает, что он может лучше удерживать свет».

По словам Мосса, выбор материала с максимально возможным показателем преломления на этой длине волны обычно гарантирует успех. «Как правило, это требование для всех оптических устройств в наномасштабе», — сказал он. «Материалы должны иметь ширину запрещенной зоны немного выше интересующей длины волны, потому что именно здесь мы начинаем видеть меньше света, проходящего через них».

«Кремний имеет показатель преломления около 3,4 и является золотым стандартом», — сказал Найк. «Но мы начали спрашивать, можем ли мы перейти от кремния к индексу 5 или 10».

Это побудило их искать другие оптические варианты. Для этого они разработали свою формулу для идентификации супермоссовых диэлектриков.

«В этой работе мы даем людям рецепт, который можно применить к общедоступной базе данных материалов для их идентификации», — сказал Найк.

Исследователи остановились на экспериментах с железным пиритом после того, как применили свою теорию к базе данных из 1056 соединений, выполнив поиск соединений с самыми высокими показателями преломления в трех диапазонах ширины запрещенной зоны. Три соединения вместе с пиритом были идентифицированы как супермоссовые кандидаты, но низкая стоимость пирита и длительное использование в фотоэлектрических и каталитических приложениях сделали его лучшим выбором для экспериментов.

«Золото дураков традиционно изучается в астрофизике, потому что его обычно находят в межзвездных обломках», — сказал Найк. «Но в контексте оптики это малоизвестно».

Он отметил, что железный пирит изучается для использования в солнечных элементах. «В этом контексте они продемонстрировали оптические свойства в видимом диапазоне длин волн , где действительно есть потери», — сказал он. «Но это было подсказкой для нас, потому что когда что-то имеет большие потери в видимых частотах, оно, вероятно, будет иметь очень высокий показатель преломления в ближнем инфракрасном диапазоне».

Поэтому лаборатория изготовила пленки железного пирита оптического качества . Испытания материала показали показатель преломления 4,37 с шириной запрещенной зоны 1,03 электрон-вольта, что примерно на 40% превышает характеристики, предсказанные правилом Мосса.

Это здорово, сказал Наик, но протокол поиска может — и, скорее всего, найдет — материалы еще лучше.

«Есть много кандидатов, некоторые из которых даже не были выдвинуты», — сказал он.