Учёные открыли новый материал для фотонных компьютеров

Исследователи из Нью-Йоркского университета сообщили об открытии нового типа материалов — «гироморфов», которые объединяют свойства жидкостей и кристаллов и способны эффективнее любых известных структур блокировать свет, падающий под любым углом.

Работа, опубликованная в Physical Review Letters, открывает перспективы для фотонных вычислений — технологий, в которых информация обрабатывается не электрическими сигналами, а светом.

Главная трудность на пути создания фотонных компьютеров — управление микроскопическими световыми потоками на чипе с минимальными потерями энергии. Для этого необходим материал, который бы «гасил» ненужный свет, приходящий со всех направлений, но не мешал основному сигналу. Учёные называют такую структуру изотропным материалом с запрещённой зоной.

Ранее исследователи пытались достичь этого эффекта, используя квазикристаллы — структуры, которые обладают упорядоченностью, но не повторяются регулярно. Они были впервые описаны Полом Стейнхардтом и Довом Левиным в 1980-х годах и принесли Дэну Шехтману Нобелевскую премию по химии.

Однако у квазикристаллов есть ограничение: они либо полностью блокируют свет только под определёнными углами, либо частично ослабляют его со всех сторон, не создавая полноценного барьера. Поэтому учёные продолжили поиски альтернативы.

Команда из Нью-Йоркского университета создала метаматериалы — структуры, чьи свойства определяются не химическим составом, а геометрией. Чтобы понять, как именно форма влияет на оптические характеристики, исследователи разработали алгоритм, создающий неупорядоченные, но функциональные структуры.

Так они обнаружили новый тип организации — «коррелированное неупорядочение». Этот подход позволил создать материал, который не является ни хаотичным, ни строго упорядоченным.

«Представьте себе лес, — объясняет доцент Стефано Мартиниани. — Деревья растут вроде бы случайно, но между ними всё же есть определённая закономерность. Гироморфы работают по такому же принципу: они кажутся неупорядоченными, но на больших масштабах проявляют чёткие закономерности. В результате они блокируют свет лучше любых известных структур — даже квазикристаллов».

Ведущий автор исследования, физик Матиас Касиулис, отмечает, что все материалы с изотропной запрещённой зоной имеют одну общую структурную особенность.

«Мы решили подчеркнуть эту особенность, — рассказывает он. — Так мы пришли к гироморфам — материалам, сочетающим, казалось бы, несовместимое: текучесть жидкости и устойчивость кристалла. Они не имеют фиксированного рисунка, но при этом формируют закономерные оптические узоры, создавая зоны, в которые свет не может проникнуть ни под каким углом».

Открытие гироморфов может стать важным шагом на пути к созданию фотонных процессоров нового поколения, которые будут работать быстрее и эффективнее современных электронных аналогов.

С уважением, ООО "Компания "База Электроники"

Вернуться на главную