创造几乎隐形的可穿戴技术，比如智能隐形眼镜和超薄增强现实（AR）眼镜，将需要对传统光学组件进行根本性的重新设计。研究人员正在探索能够在原子尺度上操控光的材料，而不是依赖笨重的镜头和硬件。XPANCEO团队与新加坡国立大学和布拉格化学与技术大学的科学家合作，报告了这一努力中的重大进展。他们的研究重点是氧氯化钼（MoOCl 2）这种分层水晶，它展示了一系列不寻常的光学特性，可能大大缩小未来光学设备的体积。发表在《纳米快报》上的研究提供了水晶光学行为的首次实验映射。研究结果表明，MoOCl 2 展示了有史以来在自然材料中测得的最强光折射效应，这可能为更小、更强大的光学技术开辟一条道路。像金属和玻璃一样的水晶 研究人员形容 MoOCl 2 是一种光学“变色龙”。其行为随着水晶的方向变化。当以一种方式放置时，它就像金属一样反射光线。旋转90度后，它变得透明如玻璃。这一不寻常的特性源于其极端的光学各向异性，意味着其特性在不同方向上变化剧烈。该水晶的平面双折射值约为2.2，能够以卓越的效率分裂和弯曲光线。对于XPANCEO来说，这可能使得能够使用比人发细千倍的材料执行AR显示所需的复杂光控制成为可能。 可见光中的稀有光缓慢效应 研究人员还在512纳米（绿色光）处发现了一个稀有的接近零点。在这一点上，该材料的光学响应的一部分几乎降至零。因此，光在水晶内部有效减慢，而电场变得更强。这种结合可以显著增强光与物质之间的相互作用。对于集成光子芯片来说，这种效应可能特别重要。更强的光-物质相互作用可能使数据处理更快，同时功耗更低。 科学家为何对MoOCl 2感兴趣 物理学家们研究MoOCl 2已数年，因为它具有不寻常的电子结构。该材料被归类为“劣质金属”，并包含一维钼原子链。这些链允许电子在一个方向上比另一个方向更容易移动。因此，水晶在一个轴上表现得像金属，而在垂直轴上表现得像电介质材料，创造了其异常强大的各向异性。此前发表在《科学》和《自然通讯》上的研究已观察到被称为超双曲等离子体极化子在水晶中传播的紧密限制的光波。这些实验表明，MoOCl 2 能以高度定向和意想不到的方式引导光。然而，谜团中的一个重要部分仍然缺失。科学家可以观察到光学效应，但他们尚未直接测量该材料的所有光学常数。没有这些测量，基于该水晶设计实用设备仍然困难重重。 映射水晶的光学特性 新的研究提供了这些缺失的测量。研究人员发现，在可见光谱的绿色区域，将近512纳米时，水晶光学响应的一个分量接近于零。换句话说，这可以增强材料内部的电场并减慢光速，将电磁能量压缩到一个非常小的体积，从而提升光与物质的相互作用。这种现象被称为可见光接近零（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，然而MoOCl 2在可见光谱范围内达到了这一状态。这尤其重要，因为许多现有技术，包括激光、显微镜、相机和传感系统，已经在这一范围内运行。 XPANCEO创始人兼首席技术官Valentyn Volkov博士表示：“观察现象是第一步，而工程学需要精确的数字。通过严格测量MoOCl 2完整的介电张量，我们的工作提供了理解该材料为何表现如此的实验基础，便于更自信地围绕它进行设计。这使得它成为该领域的一项宝贵科学成果，可能在紧凑的偏振光学、非线性器件以及长期来看高度微型化的集成系统（包括智能隐形眼镜）中具有相关性。” 缩小未来光学硬件的规模 详细的光学图谱还突显了该材料进一步微型化的潜力。