Monenlaista valon hallintaa

Kaaviokuva grafeeniplasmonisista metamolekyyleistä, jotka kykenevät valon amplitudin ja vaiheen toisistaan riippumattomaan ohjaukseen.

Korea Advanced Institute of Science and Technologyn (KAIST) tutkimusryhmä yhteistyössä Wisconsin-Madisonin yliopiston kanssa ehdottaa teoreettisesti grafeenipohjaista aktiivista metapintaa, joka kykenee riippumattomaan valon amplitudin ja vaiheen ohjaukseen.

Tämä tutkimus antaa uuden kuvan keski-infrapunan aaltorintaman moduloinnista korkealla resoluutiolla ratkaisemalla valon amplitudin ja vaiheen toisistaan riippumattoman ohjauksen ongelman, joka on ollut jo pitkään haasteena.

Valomodulointitekniikka on välttämätöntä tulevien optisten laitteiden, kuten holografian, korkean resoluution kuvantamisen ja optisten viestintäjärjestelmien kehittämiselle.

Nestekiteitä ja mikroelektromekaanista järjestelmää (MEMS) on aikaisemmin käytetty valon modulointiin. Ne kuitenkin kärsivät rajallisista nopeuksista ja yksikköpikseleistä, jotka ovat suurempia kuin diffraktioraja, mikä estää niiden integroimisen fotonisiin järjestelmiin.

Metapintaista alustaa pidetään vahvana ehdokkaana seuraavan sukupolven valomodulointitekniikkaan. Metapinnoilla on optisia ominaisuuksia, joita luonnollisilla materiaaleilla ei voi olla ja ne voivat ylittää tavanomaisten optisten järjestelmien rajoitukset, kuten muodostaa korkearesoluutioisen kuvan diffraktiorajan yli. Erityisesti aktiivista metapintaa pidetään tekniikkana, jolla on laaja sovellusalue, koska sillä on viritettävät optiset ominaisuudet sähköisten signaalien avulla.

Stanfordin johtama tutkijaryhmä on puolestaan luonut näennäismagneettisen voiman, joka pystyy ohjailemaan tarkasti fotoneja aivan kuin elektroneja.

Fotoneja on paljon vaikeampi manipuloida kuin elektroneja, jotka reagoivat niin yksinkertaisiin voimiin kuin magneettisuus.

Lyhyellä aikavälillä tätä ohjausmekanismia voitaisiin käyttää lisäämään Internetdatan siirtämistä valokuitukaapeleiden kautta. Tulevaisuudessa tämä löytö voi johtaa valopohjaisten sirujen luomiseen, jotka tuottavat huomattavasti suuremman laskentatehon kuin elektroniset sirut.

Pohjimmiltaan tutkijat huijasivat fotoneja, jotka ovat luontaisesti ei-magneettisia, käyttäytymään kuin varautuneet elektronit. He saavuttivat tämän lähettämällä fotonit huolellisesti suunniteltujen sokkeloiden läpi tavalla, joka sai valopartikkelit käyttäytymään ikään kuin ne olisivat toimineet sen suhteen, mitä tutkijat kutsuivat synteettiseksi magneettikentäksi.

Vaikka nämä rakenteet ovat vielä kokeellisessa vaiheessa, ne edustavat edistystä nykyiseen laskentatapaan. Informaation tallentamisessa on kyse hiukkasten muuttuvien tilojen hallitsemisesta ja nykyään tutkijat tekevät niin kytkemällä sirun elektronit päälle ja pois päältä digitaalisten bitti-informaation luomiseksi. Valolla se onnistuisi tehokkaammin.

Aiheesta aiemmin:

Valon ja elektronin yhdistäen

Synteettinen magnetismi ohjailee valoa

Valoa vangiten ja suunnaten