“压缩”红外光传播得更远，薄膜覆盖了更多的波长

研究人员改进了使用薄膜压缩红外光的技术，证明了薄膜在实际应用中更有用的三个优点。研究人员已经证明，“压缩”红外光的传播距离至少是之前所示的四倍；该技术可以“挤压”比以前证明的更宽范围的红外波长；并且薄膜可以集成到各种基板材料和形状上。

这篇论文“悬浮SrTiO3纳米膜中的低损耗远红外表面声子极性”发表在《先进功能材料》杂志上。

这些进展建立在之前的工作基础上，之前的工作发现一类特定的氧化物膜可以压缩红外光——这是设计新的红外成像技术的一个有用特征。薄膜膜比块体晶体更好地限制红外光，块体晶体是红外光限制的成熟技术。

“我们使用的薄膜是钛酸锶的结晶膜，”该论文的合著者、北卡罗来纳州立大学材料科学与工程助理教授Yin Liu说。

“在我们之前的工作中，我们在硅基板上进行了表征测试，发现该材料具有迷人的性能，但损失很高。换句话说，大部分光能以热量的形式损失，这意味着光不能传播很远。”

“我们怀疑这种高损失是由于硅基板造成的，而不是钛酸锶薄膜本身，”合著者、北卡罗来纳州立大学材料科学与工程助理教授徐瑞娟说。

“为了更好地了解薄膜的内在特性，我们将薄膜悬挂起来，使其不与基材接触，并在劳伦斯伯克利国家实验室的高级光源进行了一系列测试。有两个令人兴奋的结果。”

第一个发现是钛酸锶的损耗非常低，这意味着光可以传播更长的距离，因为它对热量的损失很小。刘说：“从效率的角度来看，这种薄膜可与最有效的极化材料相媲美，这意味着这些薄膜将有助于实际应用。”。

要解释极化材料，我们必须定义声子、光子和极化子。声子和光子都是能量在材料中和材料之间传播的方式。声子本质上是由原子振动引起的能量波。光子本质上是电磁能的波。

你可以把声子看作声能的单位，而光子是光能的单位。声子极化子是当红外光子与“光学”声子耦合时出现的准粒子，这意味着可以发射或吸收光的声子。

先进光源测试的第二个发现是，薄膜可以限制远红外光和中红外光。“当我们在硅基底上测试钛酸锶时，它只能挤压中红外光，”徐说。“我们知道，从理论上讲，它可以限制远红外光，但我们现在有实验证据来证明这一点。”

与依赖Phys.org获取日常见解的100000多名订阅者一起探索科学、技术和太空的最新进展。注册我们的免费时事通讯，每天或每周获取重要突破、创新和研究的最新进展。刘说：“从实用的角度来看，限制远红外光的能力很重要。”。“例如，将热量转化为红外光在工程热管理技术中是有用的。能够在更宽的红外波长范围内工作也扩大了这些材料在开发分子传感技术方面的实用性。”

“我们还认为这项工作很重要，因为我们已经证明，你可以将这些薄膜应用于具有各种表面几何形状的基板上，比如我们用来将薄膜悬浮在空白空间上的基板，”徐说。

“您还可以将薄膜直接应用于硅以外的基板，例如可以使薄膜保持其固有‘低损耗’特性的材料。

徐说：“我们早期的工作建立了一类新的光学材料，用于控制红外波长的光，这在光子学、传感器和热管理方面具有潜在的应用。”

>“我们的新工作加深了对这些材料及其特性的理解，提高了我们设计这些材料并将其纳入实际应用的能力。”。“这些材料的另一个令人兴奋的方面是，我们用来制造这些薄膜的技术比用来制造其他极化材料的技术更具可扩展性，”刘说。“这也有助于为实际应用铺平道路。”。

“我们愿意与有兴趣探索如何利用这些材料的行业合作伙伴合作。”

该论文的第一作者是北卡罗来纳州立大学的博士生Konnor Koons。该论文由北卡罗来纳州立大学博士生Reza Ghanbari和Yueyin Wang合著；劳伦斯伯克利国家实验室的Hans Bechtel和Stephanie Gilbert Corder；日内瓦大学的Javier Taboada Gutiérrez和Alexey Kuzmenko。p