Ученые Гарвардской школы инженерных и прикладных наук им. Джона А. Полсона (SEAS) выяснили, что можно заметно усилить преобразование света, если объединить слоистые полупроводники и метаповерхности. Это позволяет добиваться нужного оптического эффекта на меньшей площади, что открывает путь к миниатюрным решениям для оптоволоконной связи и квантовых технологий. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Nanotechnology.
Новый материал
Многие оптические приборы работают благодаря нелинейному преобразованию частоты света. Когда мощный лазерный луч проходит через специальный материал, он меняет частоту света и создает новые цвета. Обычно для этого используют кристаллы с естественными нелинейными свойствами, которые сложно сделать компактными. Исследователи пошли другим путем. Они взяли кристаллические арсенид галлия и арсенид алюминия-галлия и вырастили их как стопку сверхтонких полупроводниковых слоев — так называемых квантовых ям. Толщину и расположение этих слоев ученые подобрали так, чтобы усилить взаимодействие света с веществом на более коротких длинах волн, чем в привычных материалах.
Свет под контролем
На поверхность нового материала нанесли массив крошечных наностолбиков — метаповерхность. Эти наностолбики точно ориентируют электромагнитное поле внутри полупроводника, концентрируя свет и увеличивая его интенсивность. Дополнительно исследователи управляли симметрией полей. Это позволило задействовать эффекты, которые в обычных условиях гасили бы друг друга. В результате свет стал преобразовываться в тысячу раз сильнее, чем на неструктурированной подложке, и превзошел показатели похожих устройств для ближнего инфракрасного диапазона.
Новая разработка основана на стандартных полупроводниковых материалах и планарной нанотехнологии, поэтому совместима с существующими микросхемами. Ее можно использовать в чиповых преобразователях частоты, чтобы получать цвета лазерного излучения, которые сложно создать напрямую. Также эта платформа подходит для источников запутанных пар фотонов, необходимых для квантовых вычислений и связи.
Ранее Наука Mail рассказывала о квантовых сетях и о том, каким может быть интернет будущего.