科学网——Nature：新型分光材料促进光学设备发展

由于双折射现象，方解石分解光，从而导致双重图像。

在图片的顶部放置一块清澈的矿物水晶石，然后你将会看到图像出现重影，这是一种常见的双折射光学现象，这种结果是由一种被称为光学各向异性的晶体材料所导致的。除了能展示简单的重影效果之外，具有光学各向异性的材料对于激光器、液晶显示器、透镜过滤器和显微镜等各种设备而言至关重要。

现在，由威斯康星大学麦迪逊分校和南加州大学领导的一个科学家和工程师团队创建了一种晶体材料，这种晶体的光学各向异性程度高于地球上任何其他的固体物质 – 尤其是红外光。他们在周一发表在Nature Photonics杂志上的一篇论文中详细描述了这种新材料。

“光学各向异性有着很好的应用前景，具有这种特性的材料有望应用于各种光学领域，” 威斯康星大学麦迪逊分校的电气和计算机工程教授Mikhail Kats说。

对于这种新晶体，目前一个很有希望的应用场景可能是使用中红外透明窗口的成像和其他类型的遥感，这是一种特别重要的波长范围，能够在几乎不变形的情况下穿透地球大气。

“这类材料以及这种方法有很大的应用潜力，”南加州大学化学工程和材料科学以及电子工程学教授，同时也是该项研究的第一作者Jayakanth Ravichandran说道。 “我们设计了这种材料，制作了它，并看到了巨大的效果。”

艺术家渲染一种新材料，这种材料比地球上任何其他物质更能分辨光线。

对于中红外光，新晶体的光学双折射率（各向异性度量单位）大约是以前测量的50至100倍。 这种壮观的分光能力来自材料独特的分子结构，由平行排列的长链原子组成。

研究人员使用最先进的计算方法，仔细选择了几种类型的原子，在实验室精确地制作了它们，并仔细研究了它们。

光学各向异性是一些材料根据光束传播方式不同而改变光线的传播趋势。 当光通过不同的材料时，光的速度会减慢，这就是为什么光束在空气和物质如水或玻璃之间过渡时看起来会变得弯曲。

这种轻微弯曲被称为折射，这同时也是钻石闪耀的部分原因。

穿过具有光学各向异性的材料的相同光束中的光波或多或少会根据极化而减慢，极化是波振动方向的度量。

人眼无法看到自身的两极分化，但是改变光的振动方向的能力对于LCD屏幕、3D电影、激光和镜头过滤器是必不可少的。大多数改变光线偏振的器件都依赖于具有光学各向异性的材料。

新材料也可能用于能量收集光伏电池或发光二极管。未来，研究人员计划探索新材料的其他性质，同时，他们也在努力探索能够大量合成新材料的策略。

该项目是由一个科研团队团队领衔的，团队包括了多个机构的研究人员，他们拥有着不同的专业知识，这将有利于新材料的研发。

“这项研究在科学协作方面来说已经是一个巨大的成功，”负责光学测量的Kats说道，Ravichandran和南加州大学电气工程学院的王汉（音）教授合成了这些材料。 “我们团队的广泛知识和能力将使得这一研究突破成为可能。”

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