Российские и зарубежные ученые создали новый вид оптических чипов из уникального материала — перовскита, который заставляет большие световые импульсы управлять малыми, обходясь без электронных компонентов. С помощью этой разработки наши компьютеры и смартфоны смогут работать на скорости света. Результаты исследования опубликованы в журнале ACS Nano.
Скорость света быстрее скорости тока, и вдобавок свет не выделяет лишнего тепла. Именно поэтому создание оптических чипов давно привлекает внимание разработчиков. Главным препятствием на пути их массового внедрения было то, что свет очень трудно заставить вести себя нужным образом. Другими словами, направление света и интенсивность сигнала не удавалось менять изнутри самого чипа. К тому же, напрямую передать данные от фотона к фотону невозможно из-за линейной природы частиц.
Несколько лет физики из Национального исследовательского университета ИТМО совместно с коллегами из Германии, Швейцарии, Турции и Великобритании пытались решить эту проблему с помощью «жидкого света» — набора квазичастиц, состоящих из электрона и «дырки» (положительного заряда), а также электрона и частицы света.
Ранее ученые полагали, что подобные структуры существуют лишь при низких температурах, близких к абсолютному нулю. Однако оказалось, что они могут возникать и при комнатной температуре внутри перовскитов — искусственных минералов, созданных человеком. Эти материалы ведут себя необычным образом: их оптические свойства зависят от интенсивности проходящего через них лазерного луча.
«Мы создали волновод, специальную платформу из перовскита толщиной около 100 нм. По ней световые импульсы пробегают как машины по улице. Чтобы фотоны “въезжали” и “выезжали” на “улицу”, мы сформировали для них элементы ввода и вывода — “съезды” с дороги. Особенность в том, что наша “улица” нелинейная – она меняется под влиянием самих импульсов. Например, фотон — “легковушка” почти не трогает покрытие, а мощный “грузовик” — ультракороткий интенсивный импульс — буквально “проминает асфальт”и вызывает изменение его свойств».
Таким образом, фотоны движутся по волноводам, как автомобили по дороге. Маленькие и слабые фотоны почти не влияют на покрытие, а мощные импульсы будто продавливают дорожное полотно, изменяя его свойства и «указывая путь» другим световым импульсам. Такое поведение позволяет фотонам управлять друг другом без дополнительной электроники.
Использование подобных нелинейных материалов позволит увеличить скорость передачи данных и избавиться от медленных электронных компонентов. Ученые ожидают, что вскоре эта технология найдет применение в высокоскоростной передаче данных, квантовых вычислениях и других областях, где важна высокая скорость обработки сигналов.
Подробнее узнать о перовскитах и об их применении на Земле и в космосе можно в статье нашего эксперта.
