中山大学开创最新「液晶调控技术」 未来应用光积体电路、生物医学
▲研究团队继2017年以制作出全球第一个超大尺寸单晶的蓝相液晶，今年再以突破性的研究「场致晶格重构」，获国际顶尖学术期刊《Nature Materials》。（图／中山大学提供）
国立中山大学光电工程学系特聘教授林宗贤、助理教授王俊达师生团队与美国空军研究实验室首席科学家Timothy J. Bunning、宾州州立大学电机工程学系教授Iam Choon Khoo合作，历时两年多，创全球先例，开发Repetitively-Applied Field （RAF）技术，使蓝相液晶从自然产生的立方晶格，重新转换为新颖且稳定的非立方光子晶体，成果获刊国际顶尖期刊《Nature Materials》，为光子晶体复杂的能隙控制开启全新视野。
林宗贤指出，液晶（Liquid crystal）在现代人们的生活中无所不见，从大型显示器到个人随身设备，包括汽车、办公室、电脑到智慧型手机，其独特的物理性质与光学特性，成为绝佳调控光电的材料。现今，人们正开发具有更佳性能的液晶材料，而具有光子晶体（Photonic crystals）特性的新兴液晶更有巨大的应用潜力。
▲中山光电液晶实验室由林宗贤特聘教授（前排右）及王俊达助理教授（前排左）主持，师生跨国团队开创最新液晶调控技术。（图／中山大学提供）
「光子晶体不仅能让光转弯，还能让动物展现美丽色彩！」林宗贤解释，像是蝴蝶翅膀、孔雀羽毛及甲虫颜色等，都是来自排列整齐的周期性奈米结构；人造的光子晶体除了仿生的色彩多样性外，也让科学家开创出光积体电路、光子晶片、雷射等等应用领域，显示出光子晶体的重要前景，「是未来世界不可或缺的尖端科技」。
王俊达指出，在显示器应用上，液晶是一项控制光通过的技术，并不自发光。然而，当液晶形成光子晶体结构时，它的光子能隙能够反射特定颜色的光，而如何准确地调控光子晶体的反射颜色则变得相当重要。「过去我们只能选择控制光子晶体中的特定颜色，例如红色或黄色，而且不是稳态。」透过这项最新技术，未来光子晶体中的红橙黄绿蓝等颜色都能调控，而且在没有电场作用下也是非常稳定的，「想让它停在哪就停在哪」。
▲中山大学跨国研究创全球先例，开发Repetitively-Applied Field （RAF）技术，为光子晶体复杂的能隙控制开启全新视野。左起中山光电系博士后研究员赵宏昌、博士生郭端毅、助理教授王俊达、特聘教授林宗贤、硕士生林耕贤、博士生李承璋。（图／中山大学提供）
研究团队进一步说明，过去若要调控光子晶体的色彩，仅限能控制在奈米量级下，在实际应用上也遭遇相当大的阻碍，除了至少需要再提升到微米等级，对其施加电场也会产生许多不良影响，例如残余的折射率和无法被稳定的能隙控制等。
中山大学团队成功开发的RAF技术，让立方晶格逐步转换为非立方，达到现有技术无法达到的结果，让能隙控制变化量是过往研究的两倍，同时可以使厚度提升将近1千倍的立方晶格蓝相液晶，均匀转换成非立方晶体，并可透过掺杂聚合物来稳定不同结构，实现较宽的工作温度和亚毫秒级的快速响应。团队也针对不同状态下的光子晶体做最佳化，显示出重复施加场是调制非立方三维光子晶体蓝相液晶通用的技术，让量身订制整个可见光范围内的光子晶体更为容易实现，进而扩大蓝相液晶应用于显示、光积体电路、非线性光学、超快雷射及生物医学等领域。
▲研究团队继2017年以制作出全球第一个超大尺寸单晶的蓝相液晶，今年再以突破性的研究「场致晶格重构」，获国际顶尖学术期刊《Nature Materials》。（图／中山大学提供）