Ученые Национального исследовательского университета ИТМО вместе с итальянскими коллегами представили инновационный способ управления свойствами метаповерхностей при помощи лазерного излучения.
Метод позволяет переключать оптические состояния в структуре за триллионные доли секунды и передавать большее количество данных за меньшее время. На основе разработки получится создавать фотонные компьютеры и новые высокоточные сенсоры для медицины.
«Чтобы быстро передавать данные и создавать эффективные системы коммуникации, важно быстро посылать и обрабатывать оптические сигналы. Сейчас для этого используют электричество, но будущее за полностью оптическими системами: световые сигналы передаются быстрее электрических, а энергии при этом тратится меньше. Один из перспективных способов для быстрого управления светом реализуется с помощью метаповерхностей — сверхтонких оптических линз, способных точно настраивать взаимодействие с электромагнитными волнами. Во всех известных работах скорость этого метода значительно ограничена и не превышает наносекунды или десятки пикосекунд, поэтому ученые ищут способы увеличить эту скорость», — объясняется на сайте вуза.
Физики предложили подсвечивать метаповерхности лазером и в качестве модели использовать одномерную или двумерную метаповерхность на основе AlGaAs на сапфировой подложке. Короткие лазерные импульсы переключают оптические состояния: они нарушают симметрию наноструктуры, открывая радиационный канал. Через него излучение проникает в метаповерхность. Затем канал закрывается, а структура возвращается в прежнее оптическое состояние.
Преимущество нового подхода в том, что он реализуется в видимом диапазоне и не требует сложных многослойных структур или электрических схем. Идея разработки появилась в рамках многолетней коллаборации ученых ИТМО с профессорами К. Де Анджелисом (университет Брешии) и Д. Делла Валле (Политехнический университет Милана). Пока исследование только теоретическое, но в дальнейшем физики планируют проверить расчеты экспериментальным путем.
Сейчас частота работы электронных процессоров ограничена и не растет выше 3-4 гигагерц. Оптические методы позволяют увеличить эту скорость на порядки. В нашем случае — до единиц терагерц, что позволит теоретически увеличить скорость передачи данных. Новый подход можно адаптировать к метаповерхностям на основе других полупроводников — например, кремния, который часто применяется в фотонных устройствах.
Управление светом с высокой скоростью открывает путь к созданию новых типов оптических переключателей и модуляторов. Они пригодятся:
для сверхбыстрой связи, где данные передаются светом, а не электричеством;
при создании работающих на свету процессоров для оптических компьютеров, которые будут потреблять меньше энергии и быстрее вычислять;
при разработке улучшенных сенсоров и датчиков для медицины или камер с невидимыми диапазонами света;
в голографии и AR/VR для создания более четких и динамичных изображений в очках дополненной реальности.
Ранее Наука Mail писала о том, как в ИТМО нашли способ максимально быстро передавать данные между кубитами.