Китайские ученые добились рекордного замедления света на микрочипе и зачем им это нужно

Китайские ученые из Шэньчжэньского института передовых технологий, входящего в состав Китайской академии наук, открыли способ замедления света на микрочипе более чем в 10 000 раз. Исследование, опубликованное 5 января в рецензируемом журнале Nano Letters, может значительно улучшить работу фотонных чипов, используемых в областях датчиков света, коммуникаций и вычислений.

Фотонные чипы работают на фотонах, а не на электронах, как традиционные микросхемы. По точности вычислений они приближаются к электронным чипам, однако имеют преимущества в виде меньшего энергопотребления и большей скорости работы.

Доктор Ли Гуаньюань, ведущий исследователь из Шэньчжэньского института, указывает, что замедление света увеличивает его энергетическую плотность, что улучшает взаимодействие света с устройствами и повышает их эффективность.

Команда Ли разработала фотонный чип, замедляющий свет более чем в 10 000 раз с минимальной потерей энергии, около 20% по сравнению с предыдущими методами. Основной способ контроля скорости света до сих пор зависел от метаповерхностей, созданных из наноструктур, которые изменяют амплитуду и фазу света. Однако абсорбция и рассеивание света этими искусственными атомами приводили к потере света.

Для решения этой проблемы команда Ли усовершенствовала используемые материалы и структурный дизайн. В частности, они использовали прозрачные материалы, такие как нитрид кремния и диоксид титана, которые не поглощают свет в видимом спектре. Кроме того, исследователи улучшили концепцию поверхностного решетчатого резонанса, включив периодический узор поверхности из нанодисков кремния для снижения потерь энергии.

Технология может также снизить производственные затраты фотонных чипов и расширить их применение. Ли утверждает, что благодаря использованию технологии метаповерхности, фотонные чипы могут быть тонкими, как наклейки или строительные блоки, что позволяет функционально их складывать. Это улучшает работу устройств, таких как сенсоры, лазеры и светодиоды, ограниченных небольшой длиной взаимодействия в традиционных тонких фотонных чипах.