Ученые обнаружили новые частицы, которые могут стать основой будущей технологической революции на основе фотонных схем, ведущей к сверхбыстрым вычислениям на основе света.
Современные вычислительные технологии основаны на электронике, где электроны используются для кодирования и переноса информации. Из-за некоторых фундаментальных ограничений, таких как потеря энергии за счет резистивного нагрева, ожидается, что электроны в конечном итоге должны быть заменены фотонами, что приведет к футуристическим компьютерам на основе света, которые намного быстрее и эффективнее, чем современные электронные.
Физики из Университета Эксетера сделали важный шаг к достижению этой цели, так как они обнаружили новые полусветовые частицы, которые наследуют некоторые из замечательных особенностей графена.
Исследование открывает дверь для развития фотонной схемы, использующей эти альтернативные частицы, известные как безмассовые поляритоны Дирака, для переноса информации, а не электронов.
Поляритоны Дирака появляются в сотовых метаповерхностях, которые являются ультратонкими материалами, спроектированными так, чтобы иметь структуру на наноуровне, намного меньшую, чем длина волны света.
Уникальной особенностью частиц Дирака является то, что они имитируют релятивистские частицы без массы, что позволяет им перемещаться очень эффективно. Этот факт делает графен одним из самых проводящих материалов, известных человеку.
Однако, несмотря на их необыкновенные свойства, управлять ими очень сложно. Например, в графене невозможно включать или выключать электрические токи, используя простой электрический потенциал, что препятствует реализации потенциала графена в электронных устройствах.
Проведено первое в мире квантовое компьютерное моделирование химических связей
Этот фундаментальный недостаток — отсутствие настраиваемости, был успешно преодолен уникальным способом физиками в Университете Эксетера.
Чарли-Рэй Манн, ведущий автор статьи, опубликованной в издании Nature Communications, объясняет: «для графена обычно приходится модифицировать сотовую решетку, чтобы изменить ее свойства, например, напрягая сотовую решетку, что чрезвычайно сложно сделать управляемо.»
«Ключевым отличием здесь является то, что поляритоны Дирака являются гибридными частицами, смесью компонентов света и вещества. Именно эта гибридная природа дает нам уникальный способ настраивать их фундаментальные свойства, манипулируя только их световой составляющей, что невозможно сделать в графене.»
Исследователи показывают, что, встраивая сотовую метаповерхность между двумя отражающими зеркалами и изменяя расстояние между ними, можно простым, управляемым и обратимым образом настраивать фундаментальные свойства поляритонов Дирака.
«Наша работа имеет решающее значение для исследований в области фотоники и частиц Дирака», — добавляет д-р Эрос Мариани, главный автор исследования. «Мы показали способность замедлять или даже останавливать частицы Дирака и изменять их внутреннюю структуру, что невозможно сделать в самом графене»
«Достижения нашей работы станут ключевым шагом на пути революции фотонных схем.»
Источник: