XPANCEO 的一个团队与来自新加坡国立大学和布拉格化学与技术大学的科学家合作，报告了该努力中的一项重大进展。他们的研究聚焦于一种名为氧氯化钼（MoOCl2）的层状晶体，该晶体展现出一系列不寻常的光学特性，可能有助于大幅缩小未来的光学器件。
这项发表在《纳米快报》（Nano Letters）上的研究，首次展示了该晶体光学行为的实验图谱。研究结果表明，MoOCl2表现出迄今为止在天然材料中测量到的最强光弯曲效应，这可能为制造更小、更强大的光学技术开辟道路。
兼具金属与玻璃特性的晶体
研究人员将 MoOCl2 描述为一种光学“变色龙”。其行为随晶体取向的不同而变化。
当以某种方式放置时，它像金属一样反射光线。将其旋转 90 度，它就会变得像玻璃一样透明。这种不寻常的特性源于其极端的光学各向异性，这意味着其性质随方向的不同而发生剧烈变化。
该晶体还具有约 2.2 的面内双折射率，使其能够以极高的效率分光和弯曲光线。对于 XPANCEO 而言，这使得利用比人类头发丝还要细数千倍的材料来实现 AR 显示所需的复杂光控成为可能。
可见光中发现的罕见光减速效应
研究人员还在 512 纳米（绿光）处发现了一个罕见的介电常数近零点。
在这一点上，材料部分的光学响应几乎降至零。结果，光有效地减速，而晶体内部的电场变强。这种组合可以显著增强光与物质之间的相互作用。
对于集成光子芯片而言，这种效应可能具有特殊价值。更强的光-物质相互作用可能实现更快的数据处理，同时消耗更少的功率。
科学家为何对 MoOCl2 感兴趣
物理学家因其不寻常的电子结构，已对 MoOCl2 进行了数年的研究。
该材料被归类为“坏金属”，包含钼原子的一维链。这些链允许电子在一个方向上比在另一个方向上更容易移动。因此，该晶体沿一个轴表现得像金属，而沿垂直轴表现得像介电材料，从而产生了其极强的各向异性。
此前发表在《科学》（Science）和《自然-通讯》（Nature Communications）上的研究已经观察到被称为双曲等离激元的紧密束缚光波在晶体中传播。这些实验表明，MoOCl2 能够以高度定向和意想不到的方式引导光线。
然而，拼图中重要的一块仍然缺失。科学家可以观察到光学效应，但尚未直接测量材料的完整光学常数。如果没有这些测量数据，基于该晶体设计实用器件仍然困难得多。
绘制晶体的光学特性图谱
这项新工作提供了这些缺失的测量数据。
研究人员发现，在可见光谱绿色区域的 512 纳米附近，晶体光学响应的一个分量接近于零。实际上，这可以增强材料内部的电场并使光减速，将电磁能挤压到极小的体积中，从而增强光与物质的相互作用。
这种现象被称为可见光介电常数近零（ENZ）点。虽然许多材料仅在深紫外或中红外区域表现出 ENZ 行为，但 MoOCl2 在可见光谱内达到了这种状态。这一点尤为重要，因为许多现有技术，包括激光器、显微镜、相机和传感系统，已经在此范围内工作。
“观察到一个现象是第一步，但工程设计需要精确的数值，”XPANCEO 创始人兼首席技术官、该研究的通讯作者 Valentyn Volkov 博士说。“通过严格测量 MoOCl2 的完整介电张量，我们的工作提供了理解该材料行为方式所需的实验基础，并使围绕它进行设计时更有信心。这使其成为该领域有价值的科学成果，可能在紧凑型偏振光学、非线性器件，以及从长远来看包括智能隐形眼镜在内的高度微型化集成系统中具有相关性。”
缩小未来的光学硬件
详细的光学图谱也凸显了该材料在进一步微型化光学技术方面的潜力。
由于其强烈的结构各向异性，MoOCl2 起到天然双曲介质的作用。简而言之，这允许光线在高度定向的纳米级路径中穿过晶体而不发生衍射（或散射），这是构建更小光路的关键要求。
其在可见光谱中工作的能力进一步增强了其对集成光子芯片的吸引力，因为在这些芯片中，光必须在极小的空间内被路由、滤波和汇聚。
研究人员指出了几种可能的应用。其中包括用于在紧凑型光学系统中控制光方向的超薄宽带偏振器，以及能够引导光线通过小于传统光学所允许空间的亚衍射波导。
这些发现还表明了非线性纳米光子学领域的机遇，其中强烈的光-物质相互作用可用于产生新颜色的光或更有效地处理光信号。