某科學の超電報

突破全球的創新液晶調控術!?中山大學跨國研究獲刊國際頂尖期刊

2019/11/30 |

快訊標籤RAF, 中山大學, 光子晶體, 光電工程, 和 液晶

  • 圖/中山大學提供

液晶 (Liquid crystal) 在現代人們的生活中無所不見,從大型顯示器到個人隨身設備,包括汽車、辦公室、電腦到智慧型手機,其獨特的物理性質與光學特性,成為絕佳調控光電的材料。

國立中山大學光電工程學系特聘教授林宗賢、助理教授王俊達師生團隊,以及美國空軍研究實驗室首席科學家 Timothy J. Bunning、賓州州立大學電機工程學系教授 Iam Choon Khoo 合作,歷時兩年多,創全球先例,開發 Repetitively-Applied Field  (RAF) 技術。

RAF 技術能夠使藍相液晶從自然產生的立方晶格,重新轉換為新穎且穩定的非立方光子晶體

此成果獲刊國際頂尖期刊《Nature Materials》,且為光子晶體複雜的能隙控制開啟全新視野。

新興液晶的時代要來臨!?

林宗賢特聘教授指出,現今人們正開發具有更佳性能的液晶材料,而具有光子晶體 (Photonic crystals) 特性的新興液晶更有巨大的應用潛力。

「光子晶體不僅能讓光轉彎,還能讓動物展現美麗色彩!」林宗賢特聘教授解釋,像是蝴蝶翅膀、孔雀羽毛及甲蟲顏色等,都是來自排列整齊的週期性奈米結構。

人造的光子晶體除了仿生的色彩多樣性外,也讓科學家開創出光積體電路、光子晶片、雷射等等應用領域,顯示出光子晶體的重要前景,「那是未來世界不可或缺的尖端科技」。

孔雀羽毛的美麗色彩,都是來自排列整齊的週期性奈米結構。Alexas_Fotos@Pixabay

王俊達教授指出,在顯示器應用上,液晶是一項控制光通過的技術,並不自發光。然而,當液晶形成光子晶體結構時,它的光子能隙能夠反射特定顏色的光,而如何準確地調控光子晶體的反射顏色則變得相當重要。

「過去我們只能選擇控制光子晶體中的特定顏色,例如紅色或黃色,而且不是穩態。」透過這項最新技術,未來光子晶體中的紅橙黃綠藍等顏色都能調控,而且在沒有電場作用下也是非常穩定的,「想讓它停在哪就停在哪」。

RAF 如何突破目前技術?

研究團隊進一步說明,過去若要調控光子晶體的色彩,僅限能控制在奈米量級下,在實際應用上也遭遇相當大的阻礙,除了至少需要再提升到微米等級,對其施加電場也會產生許多不良影響,例如殘餘的折射率和無法被穩定的能隙控制等。

圖/中山大學提供

中山大學團隊成功開發的 RAF 技術,讓立方晶格逐步轉換為非立方,達到現有技術無法達到的結果,讓能隙控制變化量是過往研究的兩倍,同時可以使厚度提升將近 1000 倍的立方晶格藍相液晶,均勻轉換成非立方晶體,並可透過摻雜聚合物來穩定不同結構,實現較寬的工作溫度和亞毫秒級的快速響應。

團隊也針對不同狀態下的光子晶體做最佳化,顯示出重複施加場是調制非立方三維光子晶體藍相液晶通用的技術,讓量身訂製整個可見光範圍內的光子晶體更為容易實現,進而擴大藍相液晶應用於顯示、光積體電路、非線性光學、超快雷射及生物醫學等領域。

中山大學光電工程學系液晶實驗室研究團隊(右三為林宗賢,左三為王俊達)。

  • 本文改寫自中山大學新聞稿,原標題為〈開創最新液晶調控技術 中山大學跨國研究登頂尖期刊〉。
    論文:《Reconfiguration of three-dimensional liquid-crystalline photonic crystals by electrostriction
  • 此論文成果於 2019 年 10 月發表於《自然 – 材料科學》(Nature Materials)。
  • 本次研究團隊成員還包括中山光電系博士後研究員趙宏昌、美國賓州州立大學電機工程學系博士生陳君維、中山光電系博士生郭端毅、李承璋、馮渟懋及碩士生林耕賢。

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