En grupp kinesiska forskare har uppfunnit en ny energieffektiv, ultratunn optisk kristall med hjälp av en ny teori som lägger grunden för nästa generations laserteknik.
Den tvinnade bornitrid som utvecklats av teamet har en tjocklek på mikrometer, vilket gör den till världens tunnaste kända optiska kristall, sa professor Wang Enge vid Peking University's School of Physics nyligen till Xinhua. Jämfört med konventionella kristaller av samma tjocklek har dess energieffektivitet ökat med 100 till 10,000 gånger.
Wang, en akademiker vid den kinesiska vetenskapsakademin, sa att resultaten är en originell innovation i Kinas teori om optiska kristaller och öppnar upp ett nytt fält för att göra optiska kristaller från tvådimensionella tunnfilmsmaterial med lätta element.
Forskningsresultaten publicerades nyligen i tidskriften Physical Review Letters.
Laser är en av de grundläggande teknologierna i informationssamhället. Optiska kristaller kan realisera funktioner som frekvensomvandling, parametrisk förstärkning och signalmodulering, och är nyckelkomponenter i laserenheter.
Under de senaste 60 åren har forskning och utveckling av optiska kristaller styrts främst av två fasmatchande teorier som föreslagits av amerikanska forskare.
Men på grund av begränsningarna hos de traditionella teoretiska modellerna och materialsystemen är de befintliga kristallerna svåra att uppfylla kraven på miniatyrisering, hög integration och funktionalisering av laserenheter för framtida utveckling. Utvecklingen av nästa generations laserteknik kräver genombrott inom optisk kristallteori och material.
Wang Engo och Prof. Liu Kaihui, chef för Institutet för kondenserad materia och materialfysik, School of Physics, Peking University, ledde ett team för att utveckla en tredje fas matchningsteori baserad på materialsystem för lätta element - teorin om vriden fasmatchning.
"Lasrarna som produceras av optiska kristaller kan ses som enskilda marschpelare. Vridningsmekanismen kan göra varje individs riktning och takt mycket koordinerad, vilket avsevärt förbättrar laserns energiomvandlingseffektivitet", förklarar Liu, som också är biträdande direktör. av Institute of Light Element Quantum Materials Intersection vid Huairou National Integrated Science Center i Peking.
Han sa att forskningen öppnar upp helt nya designlägen och materialsystem, och realiserar en hel kedja av originella innovationer från grundläggande optisk teori till materialvetenskap och teknologi.
"Tjockleken på TBN-kristaller sträcker sig från 1 till 10 mikrometer. De flesta av de optiska kristaller vi kände till tidigare hade tjocklekar på nivån en millimeter eller till och med centimeter," tillade Liu.
TBN-produktionstekniken patenteras för närvarande i USA, Storbritannien, Japan och andra länder. Teamet har producerat prototyp TBN-lasrar och arbetar med företag för att utveckla nästa generations laserteknik.
"Optiska kristaller är hörnstenen i utvecklingen av laserteknologi, och framtiden för laserteknik bestäms av designteorin och produktionstekniken för optiska kristaller," sa Wang.
Med sin ultratunna storlek, utmärkta integrationspotential och nya funktioner förväntas TBN-kristaller realisera nya applikationsgenombrott i framtiden inom områden som kvantljuskällor, fotoniska chips och artificiell intelligens.
