Чикагские ученые нашли способ передавать свет через тонкие 2D кристаллы

Передача света с места на место — основа нашего современного мира. Под океанами и через континенты по оптоволоконным кабелям передается свет, который кодирует все — от видеороликов на YouTube до банковских переводов — и все это внутри нитей толщиной с волос.

Однако профессор Чикагского университета Дживонг Парк (Jiwoong Park) задался вопросом, что произойдет, если сделать еще более тонкие и плоские нити — по сути, настолько тонкие, что они будут не 3D, а 2D. Что произойдет со светом?

Проведя ряд новаторских экспериментов, он и его команда обнаружили, что лист стеклянного кристалла толщиной всего в несколько атомов способен улавливать и переносить свет. Более того, он оказался удивительно эффективным и способен преодолевать достаточно большие расстояния — до сантиметра, что очень далеко для мира вычислений на основе света.

Исследование, опубликованное 10 августа в журнале Science, демонстрирует, по сути, двумерные фотонные схемы и может открыть путь к новым технологиям.

Мы были удивились, насколько мощным является этот сверхтонкий кристалл: он не только способен удерживать энергию, но и передавать ее в тысячу раз дальше, чем кто-либо видел в подобных системах, — сказал ведущий автор исследования Дживонг Парк, профессор и заведующий кафедрой химии, преподаватель Института Джеймса Франка и Прицкеровской школы молекулярной инженерии.

Свет в ловушке также вел себя так, как будто он путешествует в двумерном пространстве.

Направляющий свет

Недавно изобретенная система представляет собой способ направления света — так называемый волновод, — который по сути является двумерным. В ходе испытаний исследователи обнаружили, что они могут использовать чрезвычайно миниатюрные призмы, линзы и переключатели для направления света вдоль чипа — все компоненты для схем и вычислений.

Фотонные схемы уже существуют, но они гораздо больше и трехмернее. Очень важно, что в существующих волноводах частицы света, называемые фотонами, всегда перемещаются внутри волновода.

В данной системе, как пояснили ученые, стеклянный кристалл на самом деле тоньше самого фотона, поэтому часть фотона при движении фактически высовывается из кристалла.

Это похоже на разницу между созданием трубы для перемещения чемоданов по аэропорту и установкой их на конвейерную ленту. При использовании конвейерной ленты чемоданы открыты для воздуха, и их можно легко увидеть и отрегулировать по ходу движения. Такой подход значительно облегчает создание сложных устройств на основе стеклянных кристаллов, поскольку свет можно легко перемещать с помощью линз или призм.

Кроме того, фотоны могут получать информацию об условиях в пути. Вспомните, как проверяют чемоданы, приходящие с улицы, чтобы узнать, не идет ли на улице снег. Аналогичным образом ученые могут представить себе использование этих волноводов для создания датчиков на микроскопическом уровне.

Например, у вас есть образец жидкости, и вы хотите определить, присутствует ли в ней определенная молекула, — пояснил Парк.

Можно сконструировать волновод таким образом, чтобы он проходил через образец, и присутствие молекулы изменяло бы поведение света.

Ученые также заинтересованы в создании очень тонких фотонных схем, которые можно будет складывать в стопки, чтобы интегрировать множество крошечных устройств на одной площади чипа. В качестве стеклянного кристалла в этих экспериментах использовался дисульфид молибдена, но принципы работы должны быть применимы и к другим материалам.

По словам ученых, хотя ученые-теоретики предсказывали существование такого поведения, его реальная реализация в лабораторных условиях заняла много лет.

Это была действительно сложная, но приятная задача, поскольку мы входили в совершенно новую область. Поэтому все, что нам было нужно, мы должны были разработать сами — от выращивания материала до измерения движения света, — заключает аспирант Ханью Хонг, соавтор первой статьи.

12.08.2023


Подписаться в Telegram



Хайтек

В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом
В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом

С помощью большой языковой модели инженеры Мас...

Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах
Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах

Исследовательская группа, работающая в UN...

Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий
Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий

Когда речь заходит о сверхпроводящих куби...

Nature Communications: Совершен прорыв в создании квантовых материалов
Nature Communications: Совершен прорыв в создании квантовых материалов

Исследователи из Калифорнийского универси...

PNAS: Клеточный каркас разобрали на микроскопические пути
PNAS: Клеточный каркас разобрали на микроскопические пути

Исследователи из Принстона применили спле...

Детекторы космических лучей для TAIGA- Muon запустят в серию в ТПУ
Детекторы космических лучей для TAIGA- Muon запустят в серию в ТПУ

Ученые из Томского политехнического униве...

Physical Review Letters: Открыт материал с большим невзаимным поглощением света
Physical Review Letters: Открыт материал с большим невзаимным поглощением света

В основе глобальной интернет-связи лежит оптич...

Applied Surface Science: Открыт путь к мемристорам нового поколения
Applied Surface Science: Открыт путь к мемристорам нового поколения

Мемристорные устройства представляют собой кат...

Frontiers of Optoelectronics: Прогресс в области двумерных полупроводников
Frontiers of Optoelectronics: Прогресс в области двумерных полупроводников

Замещающее легирование чужеродными элементами ...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

EGU: В золоте дураков все-таки нашли ценный компонент
EGU: В золоте дураков все-таки нашли ценный компонент
Исследователи изучают влияние сольватации и валентности ионов на металлополимеры
Исследователи изучают влияние сольватации и валентности ионов на металлополимеры
Инженеры воссоздали голопалубу Star Trek с помощью ChatGPT и видеоигр
Инженеры воссоздали голопалубу Star Trek с помощью ChatGPT и видеоигр
«Литнет» выяснил, что привлекает читателей в книгах о космосе
«Литнет» выяснил, что привлекает читателей в книгах о космосе
Инженеры создают более выгодную сеть для распределения солнечной энергии
Инженеры создают более выгодную сеть для распределения солнечной энергии
New England Journal of Medicine: Упреждающая ангиопластика не улучшает прогноз
New England Journal of Medicine: Упреждающая ангиопластика не улучшает прогноз
IC: Исследователи тестируют биологическую безвредность нейроморфной сети
IC: Исследователи тестируют биологическую безвредность нейроморфной сети
JSPR: Между кортизолом и социальной поддержкой в семейных парах нашли связь
JSPR: Между кортизолом и социальной поддержкой в семейных парах нашли связь
GBE: ДНК древних пингвинов Адели выявило повторы возрастом сотни миллионов лет
GBE: ДНК древних пингвинов Адели выявило повторы возрастом сотни миллионов лет
Molecular Psychiatry: Выяснилось, как изменение экспрессии генов вызывает аутизм
Molecular Psychiatry: Выяснилось, как изменение экспрессии генов вызывает аутизм
Шёнингенские копья доказали: 300 000 лет назад древесина была важнейшим сырьем
Шёнингенские копья доказали: 300 000 лет назад древесина была важнейшим сырьем
NatComm: Машинное обучение поможет создать вертикально-осевые ветряные турбины
NatComm: Машинное обучение поможет создать вертикально-осевые ветряные турбины
Acta Biomaterialia: Созданы трансплантаты, похожие на реальное человеческое ухо
Acta Biomaterialia: Созданы трансплантаты, похожие на реальное человеческое ухо
В двумерных сверхпроводниках открыта незаметная квантовая критическая точка
В двумерных сверхпроводниках открыта незаметная квантовая критическая точка
В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом
В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом

Новости компаний, релизы

НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
«Инструменты инновационного развития»
«Инструменты инновационного развития»
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса