Tehokkaampaa fotoniikkaa

Jotta optisia yhteyksiä voidaan integroida tietoliikennejärjestelmiin ja tietokoneisiin on tutkijoiden tehtävä helpommaksi manipuloida valoa nanomittakaavassa.

Harvardin (SEAS) tutkijat ovat suunnitelleet ensimmäisen on-chip metamaterialin, jonka taitekerroin on nolla, mikä tarkoittaa, että valon vaihe voi kulkea äärettömän nopeasti.

Vaikka äärettömän suuri nopeus kuulostaa rikkovan suhteellisuusteoriaa, niin sitä se ei ole. Mikään maailmankaikkeudessa ei kulje valoa nopeammin informaatiota kantaen - Einstein on edelleen oikeassa.

Mutta valolla on myös toinen nopeus eli vaihenopeus. Tämä nopeus kasvaa tai pienenee riippuen materiaalista jossa valo liikkuu. Ja kun taitekerroin pienenee nollaan, todella outoa ja mielenkiintoista alkaa tapahtua.

Nolla-indeksisessä materiaalissa, valon vaihe ei etene, eli valoa ei enää käyttäydy kuin liikkuva aalto vaan kyseinen materiaali luo vakion vaiheen, jossa kaikki huiput ja pohjat ojentuvat äärettömän pitkiksi aallonpituuksiksi. Huiput ja pohjat värähtelevät enää vain ajan muuttujana, ei tilan.

Tämä yhtenäinen vaihe mahdollistaa valon venytyksen tai kutistuksen, kierron tai käännön, energiaa menettämättä. Siruille sopivalla nollaindeksin materiaalilla voisi olla jännittäviä sovelluksia, erityisesti kvanttilaskennan maailmassa.

Tutkijoiden kehittämä metamateriaali koostuu piipilarien ryhmistä, jotka on upotettu polymeerimatriisiin ja verhottu kultakalvolla. Se voi kytkeytyä piin aaltoputkiin rajapintana vakioiden integroitujen fotoniikkakomponenttien ja sirujen kanssa.

North Carolina State Universityn tutkijat ovat puolestaan kehittäneet dielektrisen kalvon, jonka optiset ja sähköiset ominaisuudet ovat samanlaiset kuin ilman.

Fotoniikan laitteet vaativat komponenteiltaan vahvoja kontrasteja. Mitä suurempi kontrasti tiettyjen materiaalien välillä on, sitä tehokkaampi fotoniikkalaite on ja sitä paremmin se toimii.

Kalvo on kokonaisuudessaan noin mikrometrin paksuinen ja tutkimuksessa niille tuotettiin 1,3 – 1,025 välillä olevia taitekertoimia. Näillä arvoilla ne voivat toimia laadukkaita optisina kalvoina monikerroksissa fotonisissa rakenteissa, aaltoputkissa, resonaattoreissa, ja ultra-low-k eristeinä.