Исследователи из центра перспективных технологий XPANCEO в сотрудничестве с нобелевским лауреатом Константином Новоселовым совершили прорыв в области фотоники. Они обнаружили, что кристаллический полупроводник арсенид трисульфид обладает уникальной способностью: его оптические и физические свойства можно навсегда изменять на наноуровне с помощью простого непрерывного светового луча. Это открывает путь к созданию миниатюрных оптических устройств без необходимости в дорогостоящем чистом производстве или сложных лазерных системах.
Ключ к открытию лежит в исключительной фоторефрактивности материала. Под воздействием даже слабого ультрафиолетового света показатель преломления арсенида трисульфида — величина, определяющая, как материал изгибает и замедляет свет, — меняется рекордно сильно. Изменение достигает значения Δn ≈ 0.3, что превосходит аналоги у известных фоторефрактивных материалов, таких как ниобат лития или селенид цинка. В отличие от них, этот халькогенидный кристалл сочетает высокую фоточувствительность с устойчивостью к оптическому повреждению, что позволяет буквально «записывать» светом нужные оптические функции прямо внутрь прозрачного материала.
Одно из самых впечатляющих применений — создание практически не подделываемых наноразмерных меток для защиты продукции. Чтобы продемонстрировать невероятную точность метода, ученые использовали стандартный лазер, чтобы «нарисовать» на тонком срезе материала микроскопический портрет Альберта Эйнштейна. Расстояние между точками изображения составило всего 700 нанометров, а в дальнейших экспериментах разрешение достигло 50 000 точек на дюйм. Полученные узоры служат уникальными оптическими идентификаторами.
Помимо скрытой графики, свет позволяет формировать на поверхности материала полезные оптические элементы, такие как микролинзы и дифракционные решетки. Эти компоненты критически важны для создания широкоугольных волноводов, используемых в очках дополненной реальности и умных контактных линзах. Интересно, что при облучении материал также физически расширяется на величину до 5%. Это локальное увеличение объёма создаёт на поверхности выпуклые структуры, которые могут действовать как готовые микролинзы, фокусируя свет. Контролируя параметры лазера, можно напрямую формировать такие трёхмерные оптические элементы без механической обработки.
Как отметил Валентин Волков, основатель и технический директор XPANCEO, открытие новых функциональных материалов, подобных этому кристаллу, является фундаментальным двигателем прогресса в фотонике. Разработка сложных оптических устройств будущего начинается с фундаментальной науки о материалах, где свойства вещества определяют физически возможное. Это исследование знаменует собой шаг к новой генерации технологий, управляемых светом, а не электричеством.
Источник: Scientists sculpt Einstein onto a crystal using only light