Если вы собираетесь нарушить правило со стилем, убедитесь, что все это видят. Это цель инженеров Университета Rice, которые стремятся улучшить экраны для виртуальной реальности, 3D-дисплеев и оптических технологий в целом.
Правило Мосса, которое описывает компромисс между оптическим поглощением материала и тем, как он преломляет свет, было нарушено Гурураджем Найком, доцентом электротехники и вычислительной техники в инженерной школе Джорджа Р. Брауна Райса и выпускником прикладной физики. Он сделал это, разработав метод управления светом на наноуровне, который нарушает правило Мосса.
Это кажется скорее рекомендацией, чем правилом, поскольку существует несколько "супермоссовых" полупроводников. Одним из них является железный пирит, широко известный как золото дураков. Найк, Дойрон и соавтор Джейкоб Хургин, профессор электротехники и вычислительной техники в Университете Джона Хопкинса, обнаружили, что железный пирит особенно хорошо работает в качестве нанофотонного материала. Недавно они опубликовали свои выводы в журнале Advanced Optical Materials, которые могут привести к созданию более качественных и компактных дисплеев для носимой электроники.
Что еще более важно, они разработали метод обнаружения материалов, которые бросают вызов правилу Мосса и обеспечивают выгодные свойства обработки света для дисплеев и сенсорных приложений.
В оптике мы по-прежнему ограничены очень небольшим количеством материалов. Наша периодическая таблица очень маленькая. Но есть так много материалов, которые просто неизвестны, только потому, что мы не придумали, как их найти. Вот что ученые 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.
Допустим, вы хотите спроектировать светодиод или волновод, работающий на заданной длине волны, скажем, 1,5 микрометра. Для этой длины волны вам нужен наименьший возможный волновод, который имеет наименьшие потери, а это означает, что он может лучше всего удерживать свет. Согласно Моссу, выбор материала с максимально возможным показателем преломления на этой длине волны обычно гарантирует успех. Это обычное требование для всех оптических устройств в наномасштабе. 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. Но решили пойти дальше и проверить — возможен ли переход от кремния к индексу 5 или 10. Это побудило их искать другие оптические варианты. Для этого они разработали свою формулу для идентификации супермоссовых диэлектриков.
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.
Авторы работы отмечают, 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. Но это было подсказкой для ученых, 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 отличный результат, но авторы уверены, что протокол поиска может — и, скорее всего, найдет — материалы еще лучше.
