Нанофотонные ловушки улучшили, применив эволюционный метод

Кремниевая нанополость, созданная в Рочестерском университете, способна удерживать захваченный свет значительно дольше, чем другие подобные устройства. Инновационный подход к проектированию ее конструкции, заимствованный из эволюционой биологии, позволил ученым улучшить эту характеристику практически на порядок.

Наноструктура в кремниевой пластине с характерным размером приблизительно одна полумиллионная доля метра удерживает свет на протяжении нескольких наносекунд. За тот же промежуток времени в обычных условиях свет проходит расстояние в несколько метров.

«Удержание света это ключ к величайшим тайнами природы, но его крайне сложно заключить в небольшом объеме, — говорит Антонио Бадолато (Antonio Badolato), профессор физики Рочестерского университета и один из соавторов статьи, опубликованной в Applied Physics Letters. — Свет не имеет массы покоя или заряда, чтобы воздействовать на него силами; поймать его можно лишь в тщательно спроектированную систему мельчайших зеркал, отражающих свет миллионы раз».

До сих пор ученые конструировали наноловушки для света руководствуясь более или менее обоснованными предположениями. Но в новой работе исследователи из Рочестера, швейцарского института Ecole Polytechnique Federale de Lausanne и Universita di Pavia (Италия) применили численный подход. Это позволило им искать оптимальное сочетание параметров среди тысяч возможных комбинаций используя генетический или эволюционный алгоритм.

Генетический алгоритм рассматривает каждую новую нанополость как индивидуальную особь в популяции. Особи мутируют и скрещиваются, то есть, две одиночные структуры порождают новую, являющуюся их комбинацией. В каждом поколении выбираются самые приспособленные индивидуумы — то есть те полости, которые демонстрируют самое долгое время удержания света.

Нанополости это ключевые элементы нанофотоники, дисциплины на стыке фотоники, нанотехнологий и материаловедения. Новый подход, по мнению Бадолато, будет способствовать появлению следующих более совершенных поколений высокоинтегрированных нанофотонных структур для разнообразных приложений — от телекоммуникаций до биосенсоров.

Стратегія охолодження ЦОД для епохи AI