新的光学材料提供光和热辐射的前所未有的控制
楠芳宇带领的团队，在哥伦比亚工程应用物理学助理教授，发现了一种新的相变光学材料和展示新设备的动态控制光在一个更广泛的波长范围和调制幅度大于目前已成为可能。团队，包括来自Purdue、哈佛、德崇证券研究人员，和布克海文国家实验室发现，镍钐（SmNiO3）可电调谐连续之间的透明和不透明状态在空前广阔的光谱范围从蓝色在可见光（波长400 nm）的热辐射光谱中红外（几十微米的波长）。的研究，这是对SmNiO3光学性质的第一次调查和光子器件的应用材料的第一个示范，今天在线发表在先进材料。
"；的SmNiO3性能记录的幅度和波长范围的光整，”于说，突破。“几乎没有任何其他材料提供这样的组合的属性，是非常理想的光电器件。的透明和不透明的状态之间的可逆调整是基于电子掺杂在室温下，和潜在的非常快，开辟了广泛的令人兴奋的应用，如“智能窗口”的阳光，可变热发射率涂层的红外伪装和辐射温度控制，光调制器和光存储设备的动态和完整的控制；
一些潜在的新功能，包括使用SmNiO3能力控制热辐射建立"；智能"；红外伪装涂料和体温调节。这些涂层可以使人和车辆，显得更冷，比他们实际上是这样看不下热成像摄像机在夜间。该涂层可以有助于减少在卫星上的大的温度梯度，通过调整其明亮的和黑暗的一面相对于太阳的相对热辐射，从而延长了卫星的寿命。由于该相变材料可以在高速度的透明和不透明的状态之间切换，它可用于自由空间光通信和光雷达的调制器和光存储装置中。
长期以来，研究人员一直在尝试建立能够动态控制光的有源光学器件。这些包括波音787梦想飞机的"；智能窗，"；控制（但不完全）太阳光的透射，可重写DVD光盘，我们可以用一束激光写入和擦除数据，和高数据速率、长距离光纤通信系统信息"；写"；为光束的光调制器。有源光学器件在日常生活中是不常见的，但是，因为它一直是如此难以找到先进的积极可调谐光学材料，并设计适当的设备架构，放大这种可调谐材料的影响。
当Shriram Ramanathan，哈佛材料科学副教授，发现SmNiO3巨可调电阻在室温下，于注意到。两人相遇在2013 IEEE光子学会议，决定合作。于和他的学生，与Ramanathan，谁是本研究论文的共同作者，对相变材料的初始光学研究，综合材料为纳米光学界面设计师——"；metasurfaces "；–创建的原型有源光电子器件，包括光调制器控制一束光，和可变发射率涂料，控制热辐射效率。
"；SmNiO3实际上是一种特殊的材料，"；赵一琍说，该论文的主要作者，Yu博士生，"；因为它变得更光更透明电绝缘和它掺杂了更多的电子，这只是普通的材料如半导体相反。”；
事实证明，掺杂的电子“锁”与最初在材料中的电子，一个量子力学的现象称为“强电子关联”，这种效应使这些电子不可用进行电流和吸收光。因此，电子掺杂后，SmNiO3薄膜原本不透明的突然允许超过可见光和红外辐射的传输通过百分之70。
"；我们面临的最大挑战之一，"；Zhaoyi说，"；是整合SmNiO3为光学器件。为了应对这一挑战，我们开发了在SmNiO3薄膜图案metasurface结构特殊的纳米加工技术。此外，我们精心选择了器件结构和材料，确保设备能承受较高的温度和压力，在制作过程中需要激活SmNiO3。”；
于和他的合作者计划下运行系统的研究来了解对SmNiO3相变的基础科学和技术应用的探讨。该团队将调查的内在速度的相变和数量的相变周期的材料可以忍受之前，它打破了。他们还将努力解决技术问题，包括超薄和光滑的材料薄膜和纳米加工技术的发展将为新的平面光学器件的合成材料。
“这项工作是实现我的研究实验室的主要目标之一，这是一个关键的一步，这是使一个光学接口功能的光学设备，”于笔记。“我们设想用“平面光学”取代笨重的光学器件和组件，利用光和二维结构材料之间的强相互作用来控制光的意志。这一相变材料的发现和它的成功整合到一个平坦的设备架构是一个重大的飞跃，实现主动平坦的光学器件不仅具有增强的性能，我们正在使用的设备，但具有全新的功能；
玉的团队包括Ramanathan，他在哈佛的博士生，你周和他的普度大学博士后张真，他们合成的相变材料的相变和做了一些实验（这项工作开始在哈佛继续当Ramanathan搬到普渡）；卓克索大学材料科学教授Christopher Li，博士生好奇，和研究科学家齐伟攀，他们帮助SmNiO3新型聚合物固体电解质的结合使固态器件；和Brookhaven国家实验室工作人员的科学家Ming Lu和Aaron Stein，谁帮助设备加工。在这项研究的进展期间，袁洋，材料科学与工程系的应用物理和应用数学在哥伦比亚工程系的助理教授，进行了咨询。