"Жидкий свет" ускорит передачу данных

Исследователи из Кембриджского университета создали полупроводниковую сборку, стирающую грань между электричеством и светом, и считают, что ее можно использовать в коммерческих целях, чтобы сделать оптическую спинтронику - использование спина электронов в электронике - реальностью.

Исследователи всего мира разрабатывают различные подходы, чтобы вложить в мельчайшие частицы больше энергии и скорости. Новое исследование Кембриджского университета в сотрудничестве с учеными из Мексики и Греции пополняет этот арсенал. Исследователи нашли способ объединить электричество и свет с помощью миниатюрного электрооптического переключателя, который создает и манипулирует жидким светом - светящимися жидкостями, как в светящихся палочках.

В настоящее время для передачи данных мы используем смесь электричества и оптического волокна. Обработка информации осуществляется с помощью электрических зарядов на полупроводниковых чипах, а для передачи этой информации по оптическим кабелям (передача данных с помощью света) используется отдельная линия передачи.

Прежде чем передавать информацию по оптическим кабелям, электричество должно быть преобразовано в свет, и этот процесс занимает время. Новое устройство преодолевает разрыв между электричеством и светом, используя механизмы гибридной частицы, называемой поляритоном. Это сокращает время электрооптического преобразования, делая передачу данных еще более быстрой.

Группа ученых из Лаборатории гибридной фотоники Сколковского института науки и технологий (Сколтех) и Шеффилдского университета (Великобритания) совершила прорыв в понимании нелинейной физики сильного взаимодействия органических молекул со светом. Принципы сильного взаимодействия света с веществом открывают новые горизонты сверхбыстрой и низкоэнергетической полностью оптической обработки данных. Результаты исследования были опубликованы в журнале Communications Physics и опубликованы в февральском номере журнала Nature Physics.

Взаимодействие между органическими молекулами и светом является ключевым процессом для фотосинтеза, светоиндуцированной биохимической регуляции и многих других механизмов в природе, делающих жизнь на Земле возможной. Помимо этого, существуют десятки применений разнообразных взаимодействий света и материи в органических системах. В настоящее время органические материалы активно используются в светоизлучающих устройствах (LED), в промышленности, в производстве гибкой электроники и солнечных батарей, в качестве фоточувствительных сенсоров и биометок рака и т.д. Быстро растущий рынок органических светодиодов (OLED) является хорошим примером, демонстрирующим большой коммерческий потенциал органических материалов в реальных технологиях.

Лаборатория гибридной фотоники Сколтеха занимается разработкой новой парадигмы оптоэлектроники, основанной на сильном взаимодействии органических материалов со светом. Ключевое отличие от традиционных подходов заключается в том, что свет (фотоны) в таких системах сильно коррелирует с коллективными электронными возбуждениями на молекуле (экситонами), что приводит к появлению новых частиц, а именно поляритонов. Эти запутанные частицы света и материи наследуют сверхбыстрое распространение света и электронные свойства материалов, в результате чего получается очень экзотическая гибридная форма света и материи, называемая жидким светом.

Свет обладает двойственными свойствами. Он ведет себя либо как волна, либо как поток фотонов. Но недавно ученые обнаружили, что свет может проявлять сверхтекучесть при комнатной температуре. Этот жидкий свет может оказаться революционным открытием в решении проблемы энергоэффективности электрических цепей, а также квантовых компьютеров.

Сверхтекучие жидкости в естественных условиях существуют всего несколько секунд и только при температуре, очень близкой к абсолютному нулю. В результате исследований было доказано, что все эти условия не всегда необходимы. Жидкий свет может образовываться и при комнатной температуре.

Естественно, исследователи искали способы, с помощью которых эта новая форма материи может принести большую пользу. Во-первых, она представляет собой отличную платформу для изучения квантовой гидродинамики. Она также может расширить исследования поляритонных устройств, работающих при комнатной температуре.

Что касается практического эффекта от открытия, то, по словам исследовательской группы, наиболее очевидная польза заключается в использовании сверхпроводящих материалов, которые могут передавать электричество практически без сопротивления. Обычно такие материалы требовали радикального охлаждения, как правило, с помощью жидкого азота.

Теперь инженеры нашли способ использовать сверхтекучесть при комнатной температуре, что позволяет создавать новые и улучшенные фотонные устройства, такие как лазеры, светодиоды, солнечные батареи и фотоэлектрические элементы.

Технология является новой, но исследователи активно придумывают и проектируют будущие фотонные устройства на основе сверхтекучей жидкости.