Китайские ученые из Академии наук обнаружили новый способ повысить производительность фотонных устройств, работающих не на электронах, а на частицах света. Замедлив скорость потока света, они получили возможность точнее контролировать его движение и снизить потери на поглощение. В результате эффективность сверхтонких фотонных микрочипов может быть существенно повышена.

В фотонных микрочипах вместо электронов используются частицы света фотоны. В вычислительных задачах из производительность приближается к возможностям электронных чипов, к тому же они расходуют меньше энергии и работают быстрее. Для разработки эффективных фотонных чипов важно как можно точнее управлять потоком света. Именно этому и способствует замедление движения фотонов в среде.

«Когда свет замедляется, плотность энергии света возрастает, — пояснил Ли Гуанюань, руководитель команды исследователей из Института передовых технологий Шэньчжэня. — Это значит, что при той же длине чипа эффективное расстояние для света становится дольше — фактически, повышается производительность фотонного устройства».

Команда Ли разработала микрочип, замедляющий скорость света более чем в 10 тысяч раз. При этом ученым удалось существенно снизить потерю энергии, до 20% от предыдущих версий, сообщает SCMP.

Современный метод управления скоростью света основан на метаповерхностях — искусственных материалах, состоящих из наноструктур. Когда свет попадает на эти поверхности, они резонируют, меняя амплитуду и фазу. Однако часть света эти материалы поглощают или рассеивают. Китайские ученые частично обошли эту проблему, подобрав и улучшив свойства используемых материалов.

Они отказались от металлов в пользу кремния, чтобы избежать потерь в инфракрасном спектре, а для предотвращения потерь в видимом спектре использовали прозрачные нитрид кремния и диоксид титана. А что касается структуры, ученые разработали периодическую поверхность с кремниевыми нанодисками диаметром 100 нм. Такая конструкция сдвигает траекторию света к поверхности, значимо снижая потери на поглощение, а также позволяет поймать обратно рассеянные фотоны.

По словам Ли, технология обеспечивает снижение расходов на производство фотонных микрочипов и повышение их применимости.

«При использование технологии метаповерхности фотонные чипы могут стать тонкими как наклейки или строительные блоки, которые можно наслаивать друг на друга. Новый метод позволит в скором времени наладить выпуск датчиков, лазеров и жидкокристаллических устройств на фотонных чипах.