Valo taipuu topologian avulla

Duke yliopiston insinöörit ovat demonstroineet rakenteita, jotka voivat ohjata valon fotoneja terävien kulmien ympäri ilman, että takaisinsironta aiheuttaa merkittäviä häviöitä. Kyseessä on tärkeä ominaisuus, joka tarvitaan, jos elektroniikkaa aiotaan korvata valoon tukeutuvilla rakenteilla.

Tulos saavutettiin fotonikiteillä, jotka perustuvat topologisiin eristeisiin. Halliten tarkasti kidehilan geometriaa, tutkijat voivat estää valoa kulkemasta sen sisätilassa ja ohjata sen kulkemaan pintaa pitkin.

Energian säästämisen ohella fotoniset järjestelmät lupaavat myös nopeamman ja suuremman kaistanleveyden. Fotonit ovat jo käytössä joissakin sovelluksissa, kuten sirujen sisäisissä tiedonsiirroissa.

Yksi nykyisen tekniikan haittapuoli on kuitenkin se, että tällaiset järjestelmät eivät voi kääntää tai taivuttaa valoa tehokkaasti varsinkaan piiritekniikan yhä kutistuessa.

Aikaisemmat demonstraatiot ovat osoittaneet pieniä hävikkejä ohjattaessa fotoneja kulmien ympäri mutta uusi Duken tutkimus tekee sen suorakulmaisella laitteella, joka on vain 35 mikrometriä pitkä ja 5,5 mikrometriä leveä. Se on sata kertaa pienempi kuin aiemmin esitellyt rengasresonaattoripohjaiset rakenteet.

Uudessa tutkimustyössä tutkijat valmistivat topologisia eristeitä elektronisuihkulitografialla ja mittailivat valonläpäisevyyden sarjassa teräviä käännöksiä. Jokainen käännös tuotti vain muutaman prosentin menetyksen.

Aiemmissa toteutuksissa piti tukeutua tiettyihin tarkkoihin parametreihin räätälöityiin ratkaisuihin. "Jos olet tehnyt pienimmänkin virheen sen valmistuksessa, se menettää ominaisuuksia, joihin sitä yritettiin optimoida," toteaa Duken sähkö- ja tietotekniikan professori Natasha Litchinitser.

"Mutta meidän rakenne toimii kuitenkin fotonisen polun dimensioista tai geometriasta riippumatta ja fotonikuljetukset ovat "topologisesti suojattuja", lisää tutkija Mikhail Shalaev. "Tämä tarkoittaa sitä, että vaikka fotonikiteisessä rakenteessa on pieniä virheitä, aaltojohto toimii edelleen hyvin. Se ei ole niin herkkä valmistusvirheille."

Lisäksi tutkijat huomauttavat, että heidän laitteilla on myös suuri käyttökaistan leveys, yhteensopivuus nykyaikaisten puolijohdekomponenttien kanssa ja ne toimivat televiestinnässä käytetyillä aallonpituuksilla.

Seuraavaksi tutkijat yrittävät tehdä aaltoputkia, jotka voidaan kytkeä päälle tai pois päältä tarpeen mukaan - toinen tärkeä ominaisuus kaikille optiselle fotonipohjaiselle teknologialle tulla todelliseksi.

Aiheesta aiemmin: