美海軍在六方氮化硼材料光學應用領域取得突破

近日，美海軍研究實驗室（NRL）牽頭的科學家團隊在六方氮化硼材料（h-BN）的光學應用方面取得突破，有望推動小型激光器、納米光學技術等領域的快速發展。

基本情況

當前，天然六方氮化硼已經被證明是一種具有廣泛應用前景的光學材料（尤其是在新興的納米光學領域），有望在納米尺度實現對光的控制和操作，但其在光傳輸效率方面的缺陷使其應用受到限制。為解決該問題，NRL聯合美國加州大學、堪薩斯大學、橡樹嶺國家實驗室、哥倫比亞大學、范德堡大學的科學家對此展開研究。天然六方氮化硼由B-10和B-11兩種硼的同位素構成，兩者的原子量相差近10%。研究認為正是這種差異導致天然六方氮化硼內部性質不均勻，光子的散射效應較強，最終表現為光的傳輸效率較低。研究團隊採用B-10或B-11單質與氮氣在高溫條件下製備出只包含一種硼同位素的h-BN材料。測試結果表明，與天然h-BN相比，研究團隊製備的新型h-BN材料的光學損失顯著降低，傳輸效率提升3倍以上，使得製造基於h-BN的光學器件成為可能。該研究不僅使h-BN材料在光學應用方面取得突破，也為其他材料的研究提供了一種新的、普適的研究方法。

基本認識

從軍事應用角度而言，由於h-BN可在納米尺度實現對光的控制和操作，該研究成果有望加速光學器件向高效化、小型化方向發展，這就意味著未來軍用光學感測器、激光器的體積將更小，搭載平台的設計更加靈活，也使得光學感測器和激光器的應用領域和場景發生顛覆性變化。

新型h-BN材料有望推動納米光學領域的快速發展。以高解析度顯微鏡應用為例，傳統顯微鏡利用反射元素聚光來提高解析度，但由於反射的限制，所得最大解析度也在百納米數量級。而h-BN材料在光學應用領域的突破有望將顯微鏡的解析度提升至幾納米級別，使得科學家及研究人員能夠對更微觀的材料結構和現象進行探究，這將極大地加強基礎研究的條件和能力，促進基礎科學的發展。

新型h-BN材料有望進一步推動光計算技術的發展。由於光速比銅線中的電脈衝速度要快的多，讓未來計算機性能顯著提升的方式之一就是讓光來取代目前控制計算機的那些電脈衝。光計算技術的核心在於實現對光在納米尺度的完全操控，但現有光學器件的體積往往較大，且光路較長，實際應用困難。而新型h-BN材料有望克服上述缺陷，逐步構建納米級光學器件，並朝著集成光計算晶元的方向前進，推動光計算技術發展。

來源：美國《航天日報》/圖片來自互聯網

中國國防科技信息中心 郭洋

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