Pienet optiset laitteet muuttavat valon hallintaa

MIT: n tutkijat ovat kehittäneet uuden nanofotonisen alustan, joka käyttää kromisulfidbromidia (CRSBR), kerrostettua kvanttimateriaalia, joka voisi muuttaa nykyaikaisten optisten laitteiden suunnittelun.Tämä mahdollistaa erittäin tehokkaat komponentit, jotka voivat dynaamisesti vaihtaa optisia tiloja, jotain aikaisemmin vaikeaa saavuttaa nanofotonikassa.

CRSBR: n tärkein etu on sen yhdistelmässä magneettisen järjestyksen ja voimakkaan optisen vasteen yhdistelmää.Se mahdollistaa optisten ominaisuuksien jatkuvan ja palautuvan virittämisen vaatimattomilla magneettikentällä ilman mekaanista liikettä tai lämpömuutoksia.Tämä viritettävyys yhdistettynä korkeaan taitekerrokseen mahdollistaa optisten rakenteiden luomisen vain muutaman nanometrin paksun, paljon pienemmän kuin tavanomaisista materiaaleista valmistetut.

Materiaalin optista käyttäytymistä ohjaavat eksitonit, kvasipartikkelit muodostuvat, kun valo innostaa elektronia jättäen positiivisesti varautuneen reikän.Nämä sitoutuneet parit ovat vuorovaikutuksessa voimakkaasti valon kanssa ja reagoivat voimakkaasti magneettikenttiin, jolloin on mahdollista hallita, kuinka valo liikkuu materiaalin läpi.

Toisin kuin perinteiset nanofotoniset materiaalit, kuten pii, piinitridi ja titaanidioksidi, CRSBR tarjoaa merkittäviä parannuksia kahdella avainalueella, taitekerroin ja viritettävyys.Nykyisillä materiaaleilla on suhteellisen vaatimattomia taitekerroksia, rajoittaen sitä, missä määrin ne voivat rajoittaa valoa ja rajoittaa siten, kuinka pienikokoiset laitteet voivat olla.Lisäksi niiden optiset ominaisuudet kiinnitetään valmistuksen jälkeen, mikä tarkoittaa, että kaikki muutokset vaativat tyypillisesti rakenteen fyysistä muuttamista.

Crsbr ylittää molemmat rajoitukset.Sen suuri taitekerroin mahdollistaa tiukemman valon sulkemisen, kun taas sen magneettinen herkkyys mahdollistaa dynaamisen ohjauksen.Kun magneettikenttää levitetään taitekerroin siirtyy merkittävästi, mikä antaa laitteille mahdollisuuden vaihtaa eri optisten tilojen välillä ilman liikkuvia osia.

Tämä voimakas valonsuojeluvuorovaikutus johtaa myös polaritonien luonnolliseen muodostumiseen, hybridi-kvaasipartikkeleihin, jotka yhdistävät valon ja aineen ominaisuudet.Nämä polaritonit tukevat parantuneita epälineaarisia optisia vaikutuksia ja mahdollistavat kvanttivalon kuljetuksen jopa ilman ulkoisia optisia onteloita.

Toistaiseksi demonstraatioissa on käytetty CRSBR -hiutaleita, jotka toimivat kryogeenisissä lämpötiloissa, jopa 132 kelviiniin saakka.Materiaali on kuitenkin yhteensopiva olemassa olevien fotonisten alustojen kanssa, ja sitä voidaan käyttää viritettävänä komponenttina tulevissa fotonisissa piireissä.Tämä on erityisen lupaavaa sovelluksille kvanttisimulaatiossa, epälineaarisessa optiikassa ja uudelleenkonfiguroitavissa polarientisissa järjestelmissä, joissa matalan lämpötilan toiminta on hyväksyttävää.

Tutkimusta on meneillään liittyviä materiaaleja, joilla on korkeammat magneettiset tilauslämpötilat, jotka voisivat tukea huoneenlämpöista toimintaa ja laajempaa käyttöönottoa käytännön laitteissa