Открыто хиральное свойство кремния с потенциальными приложениями в фотонике

За счёт кодирования информации в спине фотонов компьютеры будущего смогли бы на многие порядки превосходить по быстродействию и эффективности сегодняшнюю вычислительную технику.

Инженеры и физики Пенсильванского университета опубликовали в журнале Science статью, где продемонстрировали кремниевое фотонное устройство, чувствительное к спину фотонов лазера, освещающего один из его электродов. Поляризация света по часовой стрелке заставляет ток течь в одном направлении, а против часовой стрелки — в другом.

«Эта чувствительность к спину фотона может давать дополнительную степень свободы, т. е. в каждом фотоне можно будет кодировать больше информации, — заявил руководитель исследования, профессор Ритеш Агарвал (Ritesh Agarwal). — Обычно это свойство демонстрируют материалы с тяжелыми элементами, и сильным спин-орбитальным взаимодействием, но мы показали, этот эффект на поверхности кремния, обусловленный только орбитальным движением электронов».

Группа Агарвала изучала топологические эффекты в различных материалах и проверила кремний — легкий и высокосимметричный материал — просто в качестве контрольного эксперимента с ожидаемым нулевым результатом. Выяснив, что он все-таки обладает хиральными свойствами, ученые постарались выяснить, какими атомными механизмами это обусловлено.

Они установили, что при выращивании большинства кремниевых нанопроводов, атомы на поверхности выстраиваются в зигзагообразные цепочки. Металлические электроды, устанавливаемые на этих проводах перпендикулярно, порождают электрическое поле, направление которого немного не совпадает с направлением цепочек атомов. Это нарушает поверхностную зеркальную симметрию кремния и позволяет ему проявлять свойства хиральности.

Авторы теперь работают над созданием пленарного кремниевого устройства, которое было бы способно демонстрировать те же свойства. Кремний является основой компьютерной индустрии, поэтому изучать подобные эффекты на нем гораздо проще и удобнее, чем на тяжелых и редких элементах, для которых свойства хиральности являются естественными.