Международная группа физиков впервые экспериментально создала кристалл, который способен мгновенно менять свои оптические свойства под воздействием терагерцовых импульсов. Это открытие приближает создание сверхбыстрых оптических компьютеров и лазеров с мгновенной настройкой, а также может ускорить передачу данных в интернете.
Ученые впервые экспериментально реализовали так называемый фотонный временной кристалл. Они создали материал, который позволяет управлять светом не в пространстве, как обычные линзы или зеркала, а во времени, то есть менять его свойства с невероятной скоростью, за миллиардные доли секунды.
Сегодня компьютеры, смартфоны и интернет работают на электронах, но у электронов есть предел скорости, к тому же они нагревают провода и чипы. Свет же может передавать информацию в тысячи раз быстрее и без потерь на нагрев. Проблема в том, что управлять светом сложнее, чем электричеством, а обычные оптические устройства вроде линз и зеркал статичны и их нельзя быстро перенастроить. Новый кристалл решает эту проблему, позволяя менять свойства света почти мгновенно.
Ученые создали сложную структуру из золотых микроскопических деталей, изолирующего слоя и полупроводника, которая напоминает резонатор, удерживающий свет между слоями. Когда на кристалл направили мощный терагерцовый импульс, он начал менять свои оптические характеристики, например отражающую способность, за триллионные доли секунды. Для эксперимента использовали уникальный источник терагерцового излучения TELBE, без которого добиться такого эффекта было бы невозможно. Теоретическая модель подтвердила, что результаты не случайны и объясняются физикой работы фотонных временных кристаллов.
У открытия огромный потенциал. Если заменить электроны на фотоны в компьютерах, они станут в тысячи раз быстрее и будут потреблять меньше энергии. В телекоммуникациях прямое управление светом позволит передавать больше информации быстрее и с меньшими задержками. Новый материал также даст возможность создавать лазеры с мгновенной перенастройкой на любую частоту, что важно для медицины, безопасности и промышленности. Кроме того, это может привести к появлению умных линз, окон с регулируемой прозрачностью и сверхточных датчиков для обнаружения газов и биомаркеров.
Следующим этапом работы станет поиск способов минимизации потерь фотонов и увеличения эффективности их удержания в кристаллической структуре.
Читайте также: В России началось тестирование 8-кубитного квантового сопроцессора SnowDrop.