Suunniteltuja materiaaleja fotonien hyödyntämiseksi

Metamateriaalit voivat manipuloida sähkömagneettisia aaltoja, kuten näkyvää valoa.

Nyt kansainvälinen tutkimusryhmä on luonut uuden metamateriaalien luokan, jota voidaan "virittää" valon värin muuttamiseksi.

Tämä tekniikka saattaisi jonain päivänä mahdollistaa sirun sisäisen optisen tiedonsiirron mutta voi myös tehostaa kuituoptisia tietoliikenneverkkoja.

Fotonien vuorovaikutus on avain tietojenkäsittelyyn ja optiseen laskentaan mutta nykyiset epälineaariset prosessit ovat erittäin tehottomia ja sopivat materiaalit fotonin vuorovaikutuksen edistämiseksi ovat hyvin harvinaisia.

University of Massachusetts Lowell (UMass) yliopiston Viktro Podolskiy ja tutkimusryhmä ovat havainneet, että useita materiaaleja, joilla on huono epälineaarinen ominaisuus, voidaan yhdistää yhteen, jolloin saadaan uusi metamateriaali, jolla on halutut huipputason epälineaariset ominaisuudet.

"Parannus tulee siitä tavasta, jolla metamateriaali muuttaa fotonien vuota", hän selittää. "Työ avaa uuden suunnan materiaalien epälineaarisen reaktion hallitsemiseksi ja saattaa löytää sovelluksia sirun optisissa piireissä, mikä parantaa merkittävästi sirulla tapahtuvaa viestintää," toteaa Podolskiy.

Epäpuhtaudet tekevät fotonit sopiviksi kvantti-laskennalle.

Eksoottisten, kaksiulotteisten materiaalien, kuten siirtymämetalli-dikalkogeenien, virheet voivat olla juuri sitä, mitä tutkijat tarvitsevat edistämään kvanttilaskentaa. Rice Universityn tutkijoiden teoreettiset mallit ovat ennustaneet, miten erityisiä 2D-materiaaleja voitaisiin muokata tuottamaan fotoneja joilla on haluttu polarisaatio.

Materiaalitieteilijä Boris Yakobsonin johtama tutkimus raportoi, että lisäämällä ennalta asetettuja epäpuhtauksia atomin paksuisille materiaaleille, kuten molybdeenisulfidille, he kykenevät tuottamaan yksittäisiä fotoneja joko vasen- tai oikeasuuntaisella polarisaatiolla tarpeen mukaan.

Vikakohtien atomien magneettiset momentit voidaan kohdistaa polarisoidun magneetin avulla. Valolla virittäminen tuo ne korkeammalle energiatasolle, mutta erilleen materiaalin kaistaerosta, joten energialla on vain yksi tapa liikkua eli mennä ulos materiaalista yksittäisenä fotonina.

Tällä fotonilla on tietty spesifinen polarisaatio, joka tekee siitä sellaisen bitin, joka on hyödyllinen kvantti-informaation käsittelyssä, toteavat tutkijat.

"Yksi etumme 3D-materiaaleihin verraten on, että fotonin uuttaminen on kaksiulotteisesta paljon helpompaa, koska materiaali on periaatteessa läpinäkyvää ", toteaa Yakobson.

Aiheesta aiemmin:

Valo taipuu topologian avulla

Kohti elektronis-opista integraatiota

Kvanttivalolähteitä sirulle