工程师提高了光线和物质之间的相互作用

麻省理工学院和以色列技术的研究人员使用了由镓 - 砷镓层和铟 - 砷化镓层组成的薄膜材料，覆盖着一层石墨烯，如该图所示，在有一天的光和粒子之间产生强的相互作用启用高度可调激光器或LED。由研究人员礼貌

一种提高光线和物质之间的相互作用的新方法，由MIT和以色列技术的技术开发，可能会导致更高效的太阳能电池，可收集更广泛的光波长和新型激光器和发光二极管（LED ）可以具有完全可调的颜色排放。

新方法背后的基本原则是一种让名为光子的光粒子的势头的方法，以更紧密地匹配电子，这通常更大数量级。由于动量的巨大差异，这些颗粒通常非常弱互动;研究人员说，将他们的矩更靠近他们的互动，可以对这些过程以及许多新应用程序来实现新的基础研究。

基于理论研究的新发现在今天在自然光子学期刊上发表在一篇文章中，由Yaniv Kurman（以色​​列理工学院，在海法）;麻省理工学院研究生Nicholas Rivera; MIT Postdoc Thomas Christensen; John Joannopoulos，Francis Wright Davis Mit的物理学教授; MIT Physics教授MarinSoljačić; IDO Kaminer，Technion和Tearm Mit Postdoc的物理学教授;和Shai Tsesses和Meir Orenstein在Technion。

虽然硅是一种非常重要的物质，作为大多数现今电子产品的基础，但它不适合涉及光的应用，例如LED和太阳能电池 - 尽管它是目前它用于太阳能电池的主要材料Kaminer说，效率低。利用诸如硅的重要电子材料改善光的相互作用可能是基于光波的操纵 - 用电子半导体芯片集成光子学装置的重要里程碑。

Kaminer说，大多数探视这个问题的人都集中在硅本身上，但“这种方法非常不同 - 我们试图改变光而不是改变硅。”库尔曼补充说，“人们在淡淡的互动中设计此事，但他们不会考虑设计轻的一面。”

这样做的一种方法是通过减慢或缩小，光线足以使其近的光子的动量较低，以使它们更靠近电子的势头。在理论研究中，研究人员表明，通过通过用一层石墨烯覆盖的多层薄膜材料通过一种多层薄膜材料，光可以减慢千倍的倍数。由砷化镓和铟镓砷层制成的层状材料改变了光子以高可控的方式通过它的行为。Kurman表示，这使得研究人员能够将材料的排放频率控制在材料中，高达20％至30％，他是纸张的领先作者。

光子与一对相对带电粒子的相互作用 - 例如电子及其相应的“孔” - 产生称为等离子体的Quasiply，或等离子体 - 极性磁性，这是一种在异国体内发生的振荡如本研究中使用的二维分层器件。Rivera说，这种材料在材料内“支持其表面上的电磁振荡，真正紧密地限制”。他说，这个过程通过数量级来有效地缩小了光波长的光波，使其下降“几乎到原子尺度”。

由于该收缩，灯可以被半导体吸收，或者通过它发出。在基于石墨烯的材料中，这些特性实际上可以通过简单地改变施加到石墨烯层的电压来直接控制。这样，“我们可以完全控制光的属性，而不仅仅衡量它，”库尔曼说。

虽然这项工作仍处于早期和理论阶段，但研究人员说，原则上，这种方法可能导致能够吸收更广泛的光波长的新型太阳能电池，这将使设备在将阳光转换为电力时更有效。它还可能导致发光的设备，例如激光器和LED，可以通过电子方式调谐以产生各种颜色。“这有一种可调性的衡量标准，超出了目前可用的功能，”Kaminer说。

“这项工作很普遍，”库尔曼说，结果应该适用于多种案例，而不是本研究中使用的具体情况。“我们可以使用其他几种半导体材料，以及一些其他灯光的极性官。”在团队说，虽然这项工作没有完成硅，但应该可以将相同的原则与基于硅的设备应用相同的原则。Kurman说：“通过关闭动量差距，我们可以将硅引入这个世界”基于等离子体的设备“。

因为调查结果如此之越新，Rivera说，它“应该实现我们甚至不了解的很多功能。”

巴塞罗那的光子科学研究所的物理学教授弗兰克·科普斯（Frank Koppens）没有参与这项研究，说：“这项工作的质量非常高，而且禁止禁区的质量。 “他补充说，这项工作是“非常重要，因为它是一种明确的突破与发射光相互作用的传统观点。”他说，自到目前为止的工作是理论上，他说，“如果在实验中可以看到这种效果，那么主要问题是。我相信它将很快展示。“

Koppens说，“人们可以设想许多应用，例如更有效的光发射器，太阳能电池，光电探测器等。全部集成在芯片上！它也是一种控制光发射器颜色的新方法，我相信我们甚至没有想到的应用程序。“

这项工作得到了麻省理工学院Misti以色列计划的支持。

出版物：Yaniv Kurman等，“通过增加偏振片动量来控制半导体发射极频率”，“自然光子（2018）