Kaksiulotteinen aaltojohde valolle

Chicagon yliopiston tutkijat löysivät vain muutaman atomin paksuisen lasikiteen, joka voi vangita ja kuljettaa valoa – ja sitä voitaisiin käyttää sovelluksiin.

Valokuitukaapelit ovat tiedonsiirron valtavirtaa mutta Chicagon yliopiston professori Jiwoong Park on pähkäillyt, mitä tapahtuisi, jos tekisit vielä ohuempia ja litteämpiä säikeitä – itse asiassa niin ohuita, että ne ovat itse asiassa 2D-kuvia 3D:n sijaan. Mitä valolle tapahtuisi?

Useiden innovatiivisten kokeiden avulla hän ja hänen tiiminsä havaitsivat, että vain muutaman atomin paksuinen lasikidelevy voisi vangita ja kuljettaa valoa. Ei vain sitä, vaan se oli yllättävän tehokas ja pystyi kulkemaan suhteellisen pitkiä matkoja - jopa senttimetrin, mikä on pitkä matka valopohjaisen tietojenkäsittelyn maailmassa.

”Olimme täysin yllättyneitä siitä, kuinka voimakas tämä superohut kide on; se ei vain voi pitää energiaa, vaan toimittaa sen tuhat kertaa pidemmälle kuin kukaan on nähnyt vastaavissa järjestelmissä", sanoi tutkimuksen johtava kirjoittaja Jiwoong Park. "Loukkuun jäänyt valo käyttäytyi myös kuin se kulkisi 2D-tilassa."

Testeissä tutkijat havaitsivat, että he voisivat käyttää erittäin pieniä prismoja, linssejä ja kytkimiä ohjaamaan valon kulkua sirua pitkin.

Fotonisia piirejä on jo olemassa, mutta ne ovat paljon suurempia ja kolmiulotteisia. Ratkaisevaa on, että olemassa olevissa aaltoputkissa valon hiukkaset, joita kutsutaan fotoneiksi, kulkevat aina aaltoputken sisällä.

Tässä järjestelmässä, tutkijat selittivät, lasikide on itse asiassa ohuempi kuin itse fotoni - joten osa fotonista itse asiassa työntyy ulos kiteestä siinä kulkiessaan. Siten fotonit voivat myös kokea olosuhteita ja saada siten informaatiota matkan varrelta.

Tieteilijät ovat myös kiinnostuneita rakentamaan erittäin ohuita fotonipiirejä, joita voitaisiin pinota useiden pienten laitteiden integroimiseksi samalle sirualueelle. Näissä kokeissa käytetty lasikide oli molybdeenidisulfidia, mutta periaatteiden pitäisi toimia myös muissa materiaaleissa.

Vaikka teoreettiset tutkijat olivat ennustaneet tämän käyttäytymisen olevan olemassa, sen ymmärtäminen laboratoriossa oli vuosia pitkä matka, tutkijat sanoivat.

”Se oli todella haastava mutta tyydyttävä ongelma, koska kävelimme aivan uudelle alalle. Joten kaikki tarvittava meidän piti suunnitella itse – materiaalin kasvattamisesta valon liikkumisen mittaamiseen”, sanoi jatko-opiskelija Hanyu Hong.

Aiheesta aiemmin:

Topologinen akustinen aaltoputki

Kutistaa valoa ohuisiksi viivoiksi