В ходе эксперимента физики использовали фемтосекундный лазер и тонкую метаповерхность с микроскопическим узором, которая создает подходящие условия для удержания частиц
В перспективе разработка позволит создавать оптические вычислители, которые могут переобучаться и работать в сотни раз быстрее современной электроники. Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances
В физике существует явление, которое называют парадоксом Клейна: оно описывает поведение частиц, почти не имеющих массы и движущихся со скоростью, близкой к скорости света. Такие частицы не удерживаются барьерами, а проходят сквозь них, поэтому их нельзя «поймать» в ловушку и удержать в одном месте
С развитием фотоники это ограничение перетекло из теоретического в практическое. Чтобы создавать оптические компьютеры, нужно уметь надежно удерживать световые сигналы в нужной точке, чтобы они не пролетали насквозь и успевали обработать информацию, а затем обрабатывать их в крошечных участках чипа
Команда ученых Нового физтеха ИТМО совместно с коллегами из МФТИ, Федеральной политехнической школы Лозанны в Швейцарии и Технического университета Дортмунда в Германии решила задачу удержания света с помощью гибридных частиц — экситон-поляритонов. Они возникают, когда свет (фотон) объединяется с возбуждением перовскита (экситоном) в метаповерхности. Эти гибриды по своим свойствам похожи на безмассовые частицы, которые могут очень быстро переносить информацию
«В работе мы использовали пленку из перовскита — мягкого и гибкого материала, который гораздо проще и дешевле в обработке, чем подавляющее большинство полупроводников, применяемых в современной фотонике. Он нужен нам, чтобы создавать условия для рождения гибридных частиц света — поляритонов. На перовските можно, как на пластилине, отпечатать нужный узор, и при этом в таких пленках даже при комнатной температуре удается наблюдать квантовые эффекты, которые раньше получали при сверхнизких температурах. Мы сделали пленку толщиной в тысячу раз тоньше человеческого волоса и прямо в ней отпечатали микроскопическую решетку, чтобы взаимодействие света и вещества стало максимально эффективным», — объяснил директор Института фотоники и главный научный сотрудник Нового физтеха ИТМО Сергей Макаров
В ходе эксперимента исследователи направили сверхкороткий лазерный импульс в крошечную точку на метаповерхности. Она была нужна, чтобы создать условия, при которых поляритоны не разлетаются
С помощью спектрометра — прибора, раскладывающего свет по цветам, — ученые увидели, что пойманные поляритоны образовали четкие энергетические уровни. Поэтому на выходе из перовскитной пленки свет разделился на несколько цветных лучей. Это доказывает, что поляритоны действительно заперты в ловушке и занимают строго определенные состояния, а не разлетаются хаотично
📸 Образец перовскитной метаповерхности на фоне структуры галогенидного перовскита / Автор фото: Сергей Макаров (ИТМО)
Макс | Телеграм