Szybsza i potężniejsza elektronika: Nowa metoda kontroli światła terahercowego może przekształcić elektronikę

W przełomowym momencie naukowcy z CNR Istituto Nanoscienze zademonstrowali nowy sposób precyzyjnego dostrajania zachowania światła i elektronów w zakresie częstotliwości terahercowych (THz) - niezbadanej części widma elektromagnetycznego. Osiągnięcie to, opisane szczegółowo w czasopiśmie Light: Science and Applications, może doprowadzić do powstania przestrajalnych i energooszczędnych urządzeń do szerokiego zakresu zastosowań - od ultraszybkiej komunikacji po obliczenia kwantowe.

Chociaż światło może być wykorzystywane do przesyłania informacji w urządzeniach w nanoskali, naukowcy stanęli przed wyzwaniem ograniczenia i kierowania światłem w nanoskali ze względu na jego stosunkowo dużą długość fali. Nowe badania koncentrują się na falach hybrydowych zwanych polarytonami plazmonowymi Diraca (DPP), które można ścisnąć w przestrzeniach setki razy mniejszych niż ich naturalna długość fali.

Aby to osiągnąć, naukowcy opracowali specjalną klasę materiałów zwanych izolatorami topologicznymi. Stworzyli oni maleńkie, bocznie sprzężone paski (metaelementy) z zaawansowanego materiału zwanego epitaksjalnym _Bi2Se3. Precyzyjnie dostosowując mikroskopijne szczeliny między tymi paskami, zespół badawczy był w stanie manipulować długością fali fal THz.

Badania przyniosły dwa pozytywne rezultaty. Zespół z powodzeniem skrócił długość fali o 20%, a jednocześnie fale pokonały około 50% większy dystans przed utratą krytycznej ilości energii. Te dwa osiągnięcia stanowią odpowiedź na główne wyzwania, które utrudniały przyjęcie DPP w rzeczywistych zastosowaniach.

Ten poziom kontroli nad światłem THz może umożliwić rozwój urządzeń, które mogą przesyłać dane z większą szybkością niż dostępne w obecnych urządzeniach. Może to również otworzyć drzwi do nowej ery w obliczeniach kwantowych, obrazowaniu medycznym i fotonice.