Fotonien uudet muodot optisille teknologioille

Twenten yliopiston tutkijat ovat äskettäisessä artikkelissaan esittäneet tärkeitä näkemyksiä valon muodostavista alkuainehiukkasista. Nämä hiukkaset, fotonit, "käyttäytyvät" hämmästyttävän monipuolisemmin kuin atomeja ympäröivät elektronit, ja lisäksi niitä on myös paljon helpompi hallita.

Näillä uusilla oivalluksilla on laajoja sovelluksia älykkäästä LED-valaistuksesta uusiin kvanttipiireillä ohjattuihin fotonisiin bitteihin ja herkkiin nanosensoreihin.

Atomeissa elektronit miehittävät ytimen ympärillä olevia alueita orbitaalien muodoissa. Ne esittävät todennäköisyyden löytää elektroni tietyltä avaruuden alueelta. Kvanttimekaniikka määrittää näiden kiertoratojen muodon ja energian.

Elektronien tapaan tutkijat kuvaavat nyt avaruuden aluetta, jossa fotoni todennäköisimmin löytyy kiertoradallaan.

Tutkittuaan näitä fotonisia kiertoratoja tutkijat havaitsivat erityisten materiaalien huolellisella suunnittelulla, että he voivat luoda ja ohjata näitä kiertoratoja, joilla on suuri valikoima erilaisiamuotoja ja symmetrioita. Näillä tuloksilla on potentiaalisia sovelluksia kehittyneissä optisissa teknologioissa ja kvanttilaskennassa.

Artikkelin ensimmäinen kirjoittaja Kozon selittää: "Oppikirjakemiassa elektronit kiertävät aina pienen atomiytimen ympäri kiertoradallaan. Joten elektroniradan muoto ei voi poiketa paljon täydellisestä pallosta. Fotoneilla kiertoradoilla voi olla mikä tahansa villi muoto, jonka voi suunnitella yhdistämällä erilaisia optisia materiaaleja tiettyihin tilajärjestelyihin.

Tutkijat suorittivat laskennallisen tutkimuksen ymmärtääkseen, kuinka fotonit käyttäytyvät, kun ne ovat suljettuina tiettyyn 3D-nanorakenteeseen, joka koostuu pienistä huokosista (fotonikiteestä). Näissä onteloissa on tarkoituksella suunniteltuja virheitä, mikä luo ylärakenteen, joka eristää fotonitilat ympäröivästä ympäristöstä.

Fyysikot Vos ja Lagendijk innostuvat: "Koska nanoteknologia on rikas työkalupakki, on paljon helpompaa suunnitella upeita nanorakenteita uusilla fotoniradoilla kuin muokata atomeja uusien elektronisten kiertoratojen ja kemian toteuttamiseksi."

Fotoniradat ovat tärkeitä kehittyneiden optisten teknologioiden, kuten tehokkaan valaistuksen, kvanttilaskennan ja herkkien fotonianturien, kehittämisessä. Tietyt seikat tekevät niistä myös sopivia kvanttipisteiden integrointiin ja yksittäisten fotonien verkkojen luomiseen.

Tutkimus “Symmetries and wave functions of photons confined in three-dimensional photonic band gap superlattices”

Aiheesta aiemmin:

Valo reagoi magneettikenttään kuin elektroni

Fotonit taipuvat moneen

Kvanttipotentiaalin vapauttaminen monipuolisilla kvanttitiloilla