Naukowcy z University of Central Florida opracowują nowe materiały fotoniczne, które pewnego dnia mogą pomóc w umożliwieniu ultraszybkiego przetwarzania opartego na świetle o niskim poborze mocy.
Unikalne materiały, zwane izolatorami topologicznymi, są jak druty wywrócone na lewą stronę, gdzie prąd płynie na zewnątrz, a wnętrze jest izolowane.
Izolatory topologiczne są ważne, ponieważ można je stosować w projektach obwodów, które pozwalają na stłoczenie większej mocy obliczeniowej w jednej przestrzeni bez generowania ciepła, unikając w ten sposób problemu przegrzewania się, z jakim borykają się dzisiejsze coraz mniejsze obwody.
W swojej najnowszej pracy, opublikowanej w czasopiśmie Nature Materials, naukowcy zademonstrowali nowe podejście do tworzenia materiałów, które wykorzystuje nowatorską, łańcuszkową konstrukcję o strukturze plastra miodu.
Naukowcy wytrawili laserowo łańcuchową konstrukcję o strukturze plastra miodu na próbce krzemionki, materiału powszechnie używanego do wytwarzania obwodów fotonicznych.
Węzły w projekcie pozwalają naukowcom modulować prąd bez zginania lub rozciągania przewodów fotonicznych, co jest zasadniczą cechą potrzebną do kontrolowania przepływu światła, a tym samym informacji w obwodzie.
Nowy materiał fotoniczny przezwycięża wady współczesnych projektów topologicznych, które oferowały mniej funkcji i kontroli, jednocześnie obsługując znacznie dłuższe długości propagacji pakietów informacji, minimalizując straty mocy.
Naukowcy przewidują, że nowe podejście projektowe wprowadzone przez bimorficzne izolatory topologiczne doprowadzi do odejścia od tradycyjnych technik modulacji, przybliżając technologię obliczeń opartych na świetle o jeden krok do rzeczywistości.
Izolatory topologiczne mogą również pewnego dnia doprowadzić do obliczeń kwantowych, ponieważ ich cechy mogą zostać wykorzystane do ochrony i wykorzystania delikatnych bitów informacji kwantowej, umożliwiając w ten sposób przetwarzanie setki milionów razy szybsze niż dzisiejsze konwencjonalne komputery.
Naukowcy potwierdzili swoje odkrycia przy użyciu zaawansowanych technik obrazowania i symulacji numerycznych.
„Bimorficzne izolatory topologiczne wprowadzają nową zmianę paradygmatu w projektowaniu obwodów fotonicznych, umożliwiając bezpieczny transport pakietów światła przy minimalnych stratach” – mówi Georgios Pyrialakos, doktorant z College of Optics and Photonics na UCF i główny autor badania.
Demetrios Christodoulides, profesor College of Optics and Photonics na Uniwersytecie Kalifornijskim i współautor badania, mówi, że kolejne etapy badań obejmują włączenie materiałów nieliniowych do sieci, które mogłyby umożliwić aktywną kontrolę obszarów topologicznych, tworząc w ten sposób niestandardowe ścieżki dla pakietów świetlnych. .
Badania zostały sfinansowane przez Agencję Zaawansowanych Projektów Badawczych Obrony; Office of Naval Research Multidyscyplinarna Inicjatywa Uniwersytecka; Wielodyscyplinarna Inicjatywa Uniwersytecka Biura Badań Naukowych Sił Powietrznych; Amerykańska Narodowa Fundacja Nauki; Wydział Matematyki i Nauk Fizycznych Fundacji Simonsa; Fundacja WM Kecka; amerykańsko-izraelska dwunarodowa fundacja naukowa; Laboratorium Badawcze Sił Powietrznych USA; Deutsche Forschungsgemein-schaft; oraz Fundacja Alfrieda Kruppa von Bohlena i Halbacha.
Wśród autorów badań znaleźli się także Julius Beck, Matthias Heinrich i Lukas J. Maczewsky z Uniwersytetu w Rostocku; Mercedeh Khajavikhan z University of Southern California; oraz Alexander Szameit z University of Rostock.
Christodoulides otrzymał doktorat z optyki i fotoniki na Uniwersytecie Johnsa Hopkinsa i dołączył do UCF w 2002 roku. Pyrialakos otrzymał doktorat z optyki i fotoniki na Uniwersytecie Arystotelesa w Salonikach w Grecji i dołączył do UCF w 2020 roku.
Źródło historii:
Materiały dostarczone przez Uniwersytet Centralnej Florydy. Oryginał napisany przez Roberta Wellsa. Uwaga: Treść można edytować pod kątem stylu i długości.