Hypergap光学材料

《Advanced Materials》：Hypergap Optical Materials

该研究提出超间隙材料概念，存在于导带与价带隔离的固体中，能量高于本征带隙。此类材料可突破传统带隙材料限制，实现低损耗负介电常数、异常色散匹配及可见光负群速散，高通量筛选数据库预测百种候选材料并实验验证其一。可能应用于低损等离子体超材料、简化非线性光学波长转换及超快光学脉冲压缩，拓展光学材料新机遇。

　　

摘要

光学材料主要指的是透明绝缘体和半导体，它们能够在电子带隙以下的光子能量范围内引导、衍射以及非线性地产生光。本研究提出，在一个被称为“超带隙”的能量区间内，当导带和价带被有效隔离时，固体同样可以实现无损耗传输。超带隙区域内的光学特性可以突破传统材料（如带隙材料）所设定的限制和规则，包括：现有金属中无法实现的低损耗负介电常数；在没有双折射或微结构的晶体中实现异常色散相位匹配；以及在已知电介质中无法实现的可见光谱范围内的负群速度色散。通过对综合性材料数据库的高通量搜索，研究人员预测出了上百种具有超带隙特性的候选材料，并通过实验验证了其中的一种。因此，超带隙材料有望用于开发低损耗的等离子体超材料、改进非线性光学中的波长转换器，以及简化超快光学系统中的脉冲拉伸器或压缩器，从而为光学领域带来前所未有的材料应用可能性。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。