Wetenschappers beitelen Einstein op een kristal met alleen licht, waarom niet?

Onderzoekers van het XPANCEO Emerging Technologies Research Center, in samenwerking met Nobelprijswinnaar Prof. Konstantin Novoselov, hebben ontdekt dat het kristallijne van der Waals-halfgeleider arseentrisulfide (As2S3) een opmerkelijk sterk fotorefractief effect vertoont. Dit betekent dat ultraviolet licht met lage intensiteit permanent zijn brekingsindex kan veranderen - met wel Δn ≈ 0,3, een verandering die die in klassieke materialen zoals BaTiO3 of LiNbO3 overtreft - zonder dure cleanrooms of chique femtoseconde-lasers nodig te hebben.

Deze eigenschap maakt het mogelijk om optische functies direct in het materiaal te 'schrijven', een handige truc voor het creëren van de minuscule structuren in telecomsystemen, compacte optische componenten voor sensoren en hologramachtige kenmerken voor beveiliging. Het effect is zo krachtig op nanoschaal dat het unieke, moeilijk te repliceren 'optische vingerafdrukken' kan creëren, ideaal voor anti-vervalsing.

Om deze precisie te demonstreren, gebruikte het team een standaardlaser om een microscopisch portret van Albert Einstein te etsen op een dun stukje As2S3, met punten die slechts 700 nanometer uit elkaar liggen. Ze hebben zelfs de resolutie opgevoerd tot ~50.000 stippen per inch (ongeveer 500 nanometer tussen de punten), waardoor patronen met sterk optisch contrast ontstaan dankzij de door licht geïnduceerde veranderingen.

Naast alleen patroonvorming zorgt blootstelling aan licht ervoor dat As2S3 fysiek tot wel 5% uitzet, waardoor directe vorming van optische structuren zoals microlenzen en diffractieroosters op het oppervlak mogelijk wordt. Dit is cruciaal voor de ontwikkeling van componenten zoals breedbeeldgolfgeleiders voor augmented reality-brillen en slimme contactlenzen.

Valentyn Volkov, oprichter en CTO bij XPANCEO, merkte op dat de ontdekking van zulke gevoelige natuurlijke kristallen de 'essentiële bouwstenen' biedt voor een nieuwe generatie lichtgestuurde technologie, waardoor de fotonica vooruitgang boekt vanuit zijn elektrische wortels. De responsiviteit van het materiaal maakt het ook veelbelovend voor fotonische circuits en nanoschaalsensoren, wat een belangrijke stap betekent in het manipuleren van licht voor next-gen technologie.