Инженеры из Университета Дьюка продемонстрировали устройство, способное направлять фотоны света вокруг острых углов практически без потерь от обратного рассеивания. Это необходимо, если электронные устройства когда-нибудь будут замещены устройствами на основе света. Статья об этом опубликована в журнале Nature Nanotechnology.

Такой результат был достигнут фотонными кристаллами, построенными на концепции топологических изоляторов. Тщательно контролируя геометрию кристаллической решетки, ученые смогли не пустить свет в нее и передали его по ее поверхности. Благодаря этому, устройство обеспечивает почти идеальную передачу света вокруг углов, хотя оно намного меньше предыдущих разработок.

Согласно Ассоциации полупроводниковой промышленности, количество электронных устройств возрастает так быстро, что к 2040-му во всем мире не будет хватать энергии для обеспечения работы всех их. Одно из возможных решений заключается в том, чтобы использовать для передачи данных безмассовые фотоны вместо электронов. Помимо экономии энергии, фотонные системы также обещают быть быстрее и иметь более высокую пропускную способность.

Схематические и операционные приниципы топологического изолятора на основе фотнных кристаллов / © Duke University

Фотоны уже используются в некоторых устройствах. Один из недостатков современной технологии в том, что такие системы неэффективны при повороте или изгибании света. Фотонам необходимо огибать углы в микроскопических условиях, если они когда-либо заменят электроны в микрочипах.

Предыдущие демонстрации также показывали малые потери при ведении фотонов вокруг углов, но новое исследование ученых из Дьюка сделало это в прямоугольном устройстве всего 35 микрометров в длину и 5,5 микрометра в ширину — оно в 100 раз меньше, чем в прошлых работах. Ученые изготовили топологические изоляторы при помощи электронно-лучевой литографии и измерили передачу света в серии резких поворотов. Результат показал, что при каждом повороте терялось всего несколько процентов света.

Исследователи отмечают, что их устройство также обладает широкой полосой пропускания, совместимо с полупроводниковыми технологиями и работает на длинах волн, использующихся сегодня в телекоммуникациях. Далее они планируют сделать свой волновод динамически настраиваемым, чтобы изменить его пропускную способность. Это позволит включать и выключать устройство в любой момент, что важно и для реализации оптических технологий на основе фотонов.