Новая волночастица для эффективной оптоэлектроники

Устройства фотоники, экономичные, точные и устойчивые к внешним помехам, сегодня уже используются довольно широко, а в будущем могут вообще вытеснить традиционные полупроводники во многих приложениях.

Дальнейшему совершенствованию таких устройств, как оптические усилители, солнечные фотоэлектрические элементы и даже сканеры штрих-кодов может послужить тополяритон — новая волночастица, открытая «на кончике пера» профессором теоретической физики и конденсированных сред Клифорнийского технологического института (Caltech), Жилем Рефаэлем (Gil Refael).

Электроны в современных полупроводниковых схемах теряют энергию в виде тепла при преодолении сопротивления. Световые сигналы имеют другие причины ослабления сигнала, такие как нежелательные отражения или рассеяние фотонов. Рефаэль считает, что тополяритоны смогут противостоять деградации сигналов и улучшить стабильность фотонов за счёт того, что они распространяются только по поверхностям полупроводника.

Свойства гипотетических тополяритонов описаны учёным в статье для журнала Physical Review X. Он относит их, наряду с фотонами и экситонами, к переходящим явлениям — таким, которые вызваны динамическим поведением системы и существуют только в пределах твёрдого тела.

Тополяритон это разновидность поляритона (квазичастица, образуемая взаимодействием фотона с экситоном), способная распространяться в одном направлении вдоль границ квантовых ям в оптических полостях.

Являющимися отчасти веществом и отчасти светом, тополяритонами можно управлять с помощью отражателей или фотонных запрещённых зон — участков оптической среды, через которые фотоны не могут проходить. Более того, направление движения тополяритона можно изменить на противоположное, приложив магнитное поле. Рефаэль сравнивает это с односторонним фильтром для света, обеспечивающим направленные коммуникации с минимальными затратами энергии.

Переход от теории к практике, может, однако, занять немало времени. «Нам потребуется создать некоторые новые интерфейсы между фотонным и электронным миром, изготовить односторонние фотонные волноводы для видимого света, — говорит профессор. — Тополяритоны предоставляют способ создания таких устройств, использующий стандартную полупроводниковую технологию, и могут служить необходимыми для оптоэлектроники посредниками между фотонными и электронными устройствами».

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365