Kierowanie światła z jednego miejsca do drugiego jest podstawą naszego współczesnego świata. Pod oceanami i między kontynentami kable światłowodowe przenoszą światło, które koduje wszystko, od filmów z YouTube po przelewy bankowe — wszystko w pasmach wielkości włosa.
Jednak profesor Jeong Park z University of Chicago zastanawiał się, co by się stało, gdybyś stworzył jeszcze cieńsze i bardziej płaskie włókna – tak cienkie, że w rzeczywistości są dwuwymiarowe zamiast trójwymiarowych. Co stanie się ze światłem?
Dzięki serii innowacyjnych eksperymentów on i jego zespół odkryli, że tafla szklanego kryształu o grubości zaledwie kilku atomów może uwięzić i przepuszczać światło. Nie tylko to, ale był zaskakująco wydajny i mógł pokonywać stosunkowo duże odległości — do centymetra, co jest dość daleko w świecie komputerów opartych na świetle.
Badanie zostało opublikowane 10 sierpnia w czasopiśmie nauki, Pokazuje, czym zasadniczo są dwuwymiarowe obwody fotoniczne i może otworzyć drogę do nowej technologii.
powiedział główny autor badań Jiwoong Park, profesor i przewodniczący wydziału chemii oraz członek wydziału w James Frank Institute i Pritzker School for Molecular Engineering. Uwięzione światło również zachowuje się tak, jakby podróżowało w przestrzeni dwuwymiarowej.
światło prowadzące
Nowo opracowany system jest sposobem prowadzenia światła – znanym jako falowód – i jest zasadniczo dwuwymiarowy. W testach naukowcy odkryli, że mogą użyć małych pryzmatów, soczewek i przełączników, aby skierować ścieżkę światła wzdłuż chipa – wszystkich elementów obwodów i obliczeń.
Obwody optyczne istnieją, ale są znacznie większe i trójwymiarowe. Co najważniejsze, w obecnych falowodach cząsteczki światła — zwane fotonami — zawsze poruszają się w obwodach zamkniętych wewnątrz falowód.
Naukowcy wyjaśnili, że w tym systemie szklisty kryształ jest w rzeczywistości cieńszy niż sam foton – więc część fotonu faktycznie wystaje poza kryształ podczas podróży.
To trochę jak różnica między budowaniem rury do wysyłania toreb na lotnisko, a umieszczaniem ich na taśmie przenośnika. Dzięki przenośnikowi taśmowemu worki są otwarte na powietrze i można je łatwo zobaczyć i wyregulować po drodze. Takie podejście bardzo ułatwia tworzenie skomplikowanych urządzeń przy użyciu szklanych kryształów, ponieważ światło można łatwo przenosić za pomocą soczewek lub pryzmatów.
Fotony mogą również pobierać informacje o warunkach po drodze. Rozważ sprawdzanie toreb przychodzących z zewnątrz, aby sprawdzić, czy na zewnątrz pada śnieg. Podobnie naukowcy mogliby sobie wyobrazić wykorzystanie tych falowodów do budowy czujników na poziomie mikroskopowym.
„Załóżmy na przykład, że masz próbkę płynu i chcesz wyczuć, czy obecna jest dana cząsteczka” – wyjaśnił Park. „Możesz zaprojektować go tak, aby ten falowód przechodził przez próbkę, a obecność tej cząsteczki zmieni zachowanie światła”.
Naukowcy są również zainteresowani budowaniem ultracienkich obwodów fotonicznych, które można układać w stosy, aby łączyć wiele małych urządzeń na tym samym obszarze chipa. Szklany kryształ, którego użyli w tych eksperymentach, to dwusiarczek molibdenu, ale zasady muszą działać w przypadku innych materiałów.
Chociaż teoretycy spodziewali się, że takie zachowanie będzie obecne, uświadomienie sobie tego w laboratorium było długą podróżą, twierdzą naukowcy.
Absolwent Hanyu Hong powiedział: „To był naprawdę trudny, ale satysfakcjonujący problem, ponieważ wkraczaliśmy w zupełnie nową dziedzinę. Więc to wszystko, czego potrzebowaliśmy, aby wymyślić siebie – od rosnącej materii po pomiar ruchu światła”. Współautor artykułu.
Myungjae Lee (wcześniej badacz z tytułem doktora na UChicago, obecnie wykładowca na Uniwersytecie Narodowym w Seulu) był kolejnym pierwszym współautorem artykułu. Współautorami artykułu byli również badacz z tytułem doktora Jaehyung Yu, Fauzia Mujid (doktorat 22, obecnie w Ecolab) oraz doktoranci Andrew Ye i Si Liang.
Naukowcy wykorzystali Centrum Badań i Inżynierii Materiałowej Uniwersytetu w Chicago, zakłady produkcyjne w Pritzker Nanofabrication Facility oraz Cornell Center for Materials Research.
„Odkrywca. Entuzjasta muzyki. Fan kawy. Specjalista od sieci. Miłośnik zombie.”
More Stories
Tiziana dzieli się obiecującymi wynikami dotyczącymi donosowego podawania forelumabu w leczeniu stwardnienia rozsianego
Badanie wykazało, że ekspozycja na światło wiąże się z wyostrzeniem umiejętności poznawczych
Yokogawa pomaga zrewolucjonizować dziedzinę lipidomiki pojedynczych komórek