莫斯科物理和技术研究所 二硫化钼
信用:达里娅·索科尔/MIPT MIPT光子学和二维材料中心的研究人员与他们来自西班牙、英国、瑞典和新加坡的同事，包括世界上第一个二维材料的共同创造者和诺贝尔奖获得者康斯坦丁·诺沃肖洛夫，首次测量了层状二硫化钼晶体中的巨大光学各向异性
科学家们认为这种过渡金属二元晶体将取代光子学中的硅
这些物质所特有的折射率巨大差异的双折射，将使开发更快更小的光学器件成为可能
这项工作发表在《自然通讯》杂志上
斯堪的纳维亚维京人是第一个观察到光学中偏振效应的人
他们发现，当透过冰洲石(透明的方解石)观察时，物体看起来加倍
这种现象后来被称为双折射
这种效应是由于某些材料中原子的不对称排列造成的
因此，光束在材料中的折射不同，这取决于它传播的方向，分裂成两束线性偏振光束(普通光束和特殊光束)，并产生一个双像
事实证明，双折射现象非常实用
例如，维京人使用一些水晶的双重折射来导航
当今的液晶显示器利用液晶的双折射效应来产生图像
这种现象也被用来制造起偏器、波片和其他光学元件
人们希望普通光束和特殊光束的折射率尽可能不同，这样当光穿过较薄的板时，就可以达到理想的效果，从而有助于减小器件的尺寸，并在某些应用中提高其速度
研究人员最近证明了用各向异性材料建造超紧凑波导以达到甚至克服衍射极限的可能性
这种效果需要双折射值大于1的材料
迄今为止，BaTiS3钙钛矿层状晶体和六方氮化硼一直保持着双折射(0
8)
使现代光学越来越紧凑的愿望刺激了对具有大于1的巨大光学各向异性的天然材料的研究
过渡金属二元化合物在这方面极具前景
这些基于门捷列夫元素周期表中硫、硒、碲和三维元素的化合物具有层状结构
例如，二硫化钼(二硫化钼)由相互旋转180度的交替层组成，并通过弱范德华力保持在一起(图1)
冰岛长石
信用:矿物atalog “从测量二硫化钼的光学性质的任务出发，我们得出了一个完全不同的问题——即研究各向异性，并发现这种晶体的各向异性在光子学中有希望的应用，”乔治·埃尔莫勒耶夫博士说
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该研究的第一作者、MIPT大学的学生说
这种各向异性结构只能影响材料的光学特性
这一事实在二十世纪下半叶就已经为人所知
然而，各向异性的定量测量是不存在的
这是由于，除其他外，相当大的实验困难
为了克服它们，研究人员结合了近电场和远电场的方法
换句话说，除了以不同角度照射材料并检测信号之外，作者还研究了波导模式在材料中的传播
这种方法使他们能够明确地确定材料的双折射，即1
近红外范围5倍，可见光范围3倍
这些数值是以前破纪录者的几倍
“我们结合使用了光谱椭偏术和近场光学显微镜技术，并用数值计算验证了我们的数据
这项工作需要来自不同国家不同科学团队、具有不同能力的大量科学家的努力
对我们所有人来说，这项工作是大规模研究各向异性过渡金属二元化合物纳米光子学的开始，”MIPT大学的首席研究员阿列克谢·阿森宁评论说
将获得的数据与量子计算进行了比较，令研究人员惊讶的是，量子计算产生了完全相同的结果，从而证实了所构建的层状材料量子力学模型的正确性，并表明本文公开的理论和结论适用于整个过渡金属二元化合物类
二硫化钼结构图
信用:自然交流 研究人员已经为世界重新发现了一类具有巨大光学各向异性的材料
这一发现为紧凑型光子器件的发展提供了额外的自由度
例如，对于特征尺寸约为100纳米的波导系统，它可以达到光学中的衍射极限
这项工作由瓦伦廷·沃尔科夫教授领导
2019年9月，他从南丹麦大学搬到MIPT，领导光子学和二维材料中心
沃尔科夫说:“以前，我们只能通过改变几何形状和有效折射率来创造新的光路和器件，而巨大的各向异性为操纵光提供了额外的自由度。”
“出乎意料的是，我们发现自然各向异性材料使我们能够在衍射极限的边缘构建紧凑的波导
这给了我们一个与硅光子学竞争的机会
现在我们不仅可以安全地谈论后硅光子学，还可以实现它
"
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