像“黏土”一样被光塑造的材料

像“黏土”一样被光塑造的材料来自XPANCEO新兴技术研究中心的科学家联手诺贝尔奖得主康斯坦丁·诺沃肖洛夫Konstantin Novoselov在《美国国家科学院院刊》PNAS上发表了一项重磅研究。他们发现了一种范德华半导体晶体——三硫化二砷As2S3具有前所未有的光学特性。这项研究的核心在于这种材料可以被连续波CW光永久性地修改和物理雕刻精度达到纳米级。这意味着我们不再需要依赖价值数百万美元的复杂洁净室光刻技术也不需要昂贵的飞秒脉冲激光器仅用简单的连续光就能实现纳米制造。技术原理巨大的光折变与光膨胀效应As2S3之所以被称为“光敏黏土”是因为它在光照下会发生两种剧烈的物理变化巨大的光折变效应折射率是衡量材料弯曲或减慢光线能力的指标。As2S3在低强度紫外光照射下折射率变化量高达Δn ≈ 0.3。这一数值远超传统的钛酸钡BaTiO3或铌酸锂LiNbO3等光折变晶体。这种极强的折射率调制能力使得材料内部能形成极难复制的精细光学指纹。显著的光膨胀效应材料在光照下体积可膨胀高达5%。这种物理膨胀特性允许研究人员直接在材料表面“雕刻”出微透镜和光栅等光学元件。实验验证光刻“爱因斯坦”为了展示这种材料的精度研究团队使用标准激光器在材料薄片上雕刻了一幅微观的单色阿尔伯特·爱因斯坦肖像。雕刻精度点间距仅为700 nm。极限精度在单独测试中该技术可达到约50,000 dpi点间距约 500 nm。效果由于光驱动的折射率变化写出的图案在光学读取下具有极高的对比度清晰可见。应用前景从防伪到下一代显示技术这种材料的多功能性为光学硬件开辟了广阔的应用空间编者观点“新型功能材料的发现特别是范德华晶体这一独特家族是推动整个光子学领域前进的根本动力。通过识别出具有这种敏感度水平的天然晶体我们实际上是在为新一代完全由光而非电驱动的技术提供必不可少的构建模块。”这项研究不仅展示了一种新材料的特性更标志着我们在利用光来制造和操控微观世界方面迈出了巨大的一步为未来全光驱动的智能设备奠定了物理基础。