Результаты исследования, поддержанного Российским научным фондом (РНФ), опубликованы в журнале Nature Materials (прим. - Пресс-служба РНФ).
«Разработку можно использовать для создания компактных, емких, энергоэффективных и отказоустойчивых фотонных интегральных схем и оптических чипов. Это перспективная альтернатива традиционным электронным устройствам, которая может стать аппаратной основой для более быстрых вычислительных архитектур ИИ», - говорится в сообщении.
Созданная структура (ред. - Пресс-служба РНФ) относится к числу так называемых топологических изоляторов. Они представляют собой класс материалов, которые проводят электрический ток или электромагнитное излучение только на поверхности - частицы в этом поверхностном слое ведут себя очень стабильно, что представляет интерес для создания фотонных чипов и квантовых компьютеров.
В прошлом, физикам удавалось создавать двумерные фотонные топологические изоляторы, однако еще в 2017 году ученые из Университета ИТМО совместно с зарубежными коллегами теоретически предсказали существование трехмерного фотонного топологического изолятора и описали его физику. Переход в трехмерное пространство позволяет более гибко управлять движением света, однако при этом возникает проблема возможных утечек энергии на границе между материалом и внешней средой.
Полностью диэлектрический трехмерный фотонный топологический изолятор. Источник: Дмитрий Григорьев / ITMO NEWS
Российские ученые обнаружили, что этой проблемы лишен созданный ими материал, похожий по структуре на слоеный пирог, в каждом слое которого присутствует множество шайбообразных керамических структур. Когда частицы света взаимодействуют с этими «шайбами», они приобретают псевдоспин, особую характеристику, связанную с поляризацией фотона. В зависимости от состояния псевдоспина, фотоны начинают двигаться в определенном направлении внутри структуры, что позволяет управлять их движением в 3D-пространстве.
«Мы показали, что то, что раньше считалось потерями, на самом деле может стать функциональным преимуществом. Используя открытые поверхности трехмерного топологического изолятора, мы научились управлять направлением излучения и маршрутизацией волн с помощью воздействия на псевдоспины. Это принципиально новый инструмент для реализации будущих фотонных устройств и оптических чипов», - подытожил старший научный сотрудник Нового физтеха ИТМО Дмитрий Жирихин, чьи слова приводит пресс-служба вуза.
