Ученые создают работающие на свету технологии

Исследователи из Стэнфордского университета еще на шаг приблизились к созданию фотонного диода – устройства, позволяющего свету двигаться только в одном направлении. В отличие от других светодиодов, он достаточно маленький для бытовой электроники.

Прорыв был совершен Марком Лоуренсом, сообщает sciencedaily.com. Он разработал наномерное устройство, нарушив фундаментальную симметрию физики. Результаты исследования представлены в Nature Communications.

«Диоды – неотъемлемый компонент современной электроники – от LED-светильников и солнечных батарей, до микросхем, — сказала адъюнкт-профессор Дженнифер Дионн, старший автор работы. – Получение компактных, эффективных фотонных диодов необходимо для создания следующего поколения компьютерных, коммуникационных и энергетических систем».

Пока что Лоуренс с Дионн разработали и протестировали на симуляциях новый дизайн устройства. Они также создали необходимые наноструктуры и устанавливают источник света, который должен сделать теоретическую систему реальной.

«Одно из потенциальных применений – полностью оптический компьютер, где свет заменил электричество, а фотоны запускают все информационные процессы, — сказал Лоуренс. – Увеличенная скорость системы позволит быстрее решать сложнейшие научные, математические и экономические проблемы».

Чтобы свет двигался в одном направлении необходимы новые материалы, нарущающие симметрию относительно обращения времени. Им также сложнее манипулировать, чем электричеством, из-за отсутствия заряда. Ранее ученые решали эти проблемы, пропуская свет через поляризатор, а потом – кристаллический материал в магнитном поле и второй поляризатор. Система имеет достаточно большие габариты, не позволяющие встраивать ее в бытовую электронику или сматрфоны. Лоуренс с Дионн нашли альтернативу. Они повернули поляризацию в кристалле дополнительным световым лучом вместо магнитного поля. Его электрическое поле движется по спирали, генерируя вращающиеся акустические вибрации. Они позволяют выпустить больше света. Для получения небольших, эффективных диодов лаборатория Дионн использовала наноантенны и метаповерхности.

Исследователи создали массивы сверхтонких кремниевых дисков. Они работают в парах, захватывая свет и усиливая спиральное движение, пока он не найдет выход. Подсвечивание в обратном направлении создает акустические вибрации, препятствующие потере импульса. Теоретически, ограничения по уменьшению системы отсутствуют. В симуляциях авторы использовали структуры, толщиной 250 нм.

«Устройства могут позволить имитировать нейронные процессы мозга, но намного быстрее», — сказала Дионн.