Това изглежда като пробив в технологиите от следващо поколение: учени са открили как прецизно да контролират поведението на малки вълни от светлина и електрони, проправяйки пътя за по-бързи комуникации и квантови устройства.
Контролирането на светлината в най-малки мащаби е от решаващо значение за създаването на невероятно малки, бързи и електронни ефективни устройства. Вместо обемисти проводници и вериги, можем да използваме светлина за предаване на информация.
Едно от предизвикателствата на този подход е, че светлината, с относително голямата си дължина на вълната, не се ограничава лесно до малки пространства. Сега обаче изследователи са разработили метод за управление на малки вълни от светлина и електрони, наречени Диракови плазмонни поляритони (DPP).
За разлика от стандартната светлина, DPP могат да се вместят в малки пространства, които са стотици пъти по-малки от естествената им дължина на вълната. Това означава, че светлината може да бъде ограничена и насочвана в устройства в наномащаб.
В това ново изследване учените демонстрираха как са контролирали DPP в терахерцовия (THz) честотен диапазон. Това е онази част от спектъра, която се намира между микровълните и инфрачервената светлина – и е до голяма степен недостатъчно изследвана част от светлинния спектър.
Изследователският екип е успял да контролира тези вълни, използвайки специален клас наноматериали, наречени топологични изолатори (ТИ). ТИ са уникални, защото вътрешността им се държи като електрически изолатор, докато повърхността действа като проводник.
Изследователите са работили с усъвършенстван материал, наречен епитаксиален Bi2Se3. Те подредили малки ленти от този материал една до друга с пролуки между тях. Регулирането на пролуките довело до две важни последици.
Първо – учените са успели да настроят или контролират дължината на вълната, правейки я с около 20% по-къса. Второ, те удължили дължината на затихване с повече от 50%. Това е разстоянието, което вълните могат да изминат, преди да загубят значително количество енергия.
Тези две постижения се справят с основните предизвикателства при използването на топологични изолатори, което ги направи по-практични за реални приложения.
„Нашите резултати показват, че е възможно да се персонализира спектралният отговор на терахерцовите резонатори, базирани на Bi2Se3, чрез регулиране на междината. Това знание може да се възприеме като стратегия за проектиране за внедряване на архитектури, базирани на ТИ“, пишат изследователите в своето проучване.
Този пробив в контролирането на светлинните вълни може да доведе до създаване на регулируеми и енергийно ефективни терахерцови устройства. Терахерцовите вълни могат да пренасят повече данни от настоящите Wi-Fi или 5G, което означава светкавично бързо изтегляне и по-сигурни мрежи.
Технологията може да доведе до по-ясни и по-безопасни медицински изображения и да осигури градивните елементи за по-мощни квантови компютри.
