Створено новий чіп, що дозволяє керувати світлом за допомогою хвиль звукових коливань

Всім відомо, що під час грози ми завжди чуємо гуркіт грому вже після того, як спочатку ми побачимо саму блискавку. Це відбувається через те, що швидкість звуку в повітрі (331 метр на секунду) набагато нижче швидкості світла (299 792 458 метрів на секунду). І така величезна різниця в швидкостях, на перший погляд, не може допустити існування технологій управління потоком світла за допомогою звукових хвиль. Однак, дослідники з університету Міннесоти розробили чіп, в структурі якого звукові хвилі і світло виробляються і об’єднуються таким способом, що стає можливим управління світловим потоком за допомогою звукових коливань. А це вже можна використовувати при створенні комунікаційних систем нового покоління, що використовують оптоволокно, і, природно, в області обчислень, що використовують ефекти квантової фізики.

Оптико-акустичний чіп створено на кремнієвій підкладці, вкритій разом з елементами оптичних схем шаром нітриду алюмінію, матеріалу, що проводить електричний струм. Прикладання до цього матеріалу змінного електричного струму змушує цей матеріал періодично деформуватися і виробляти звукові хвилі, що поширюються по його поверхні. Подібна технологія отримання високочастотних звукових хвиль відома вже давно і широко використовується в пристроях, званих мікрохвильовими фільтрами, застосовуваними в мобільних телефонах і інших бездротових пристроях.

"Наша нова технологія дозволяє в одному шарі матеріалу об’єднати оптичні схеми з акустичними пристроями, що, в свою чергу, дозволяє отримати сильну взаємодію між світлом і звуком" - розповідає Мо Лі (Mo Li), професор з університету Міннесоти, який очолював дані дослідження.

Для виготовлення дослідних зразків оптико-акустичного чіпа дослідники використовували сучасні методи нановиробництва, за допомогою яких було проведено безліч крихітних електродів, завширшки 100 нанометрів кожен. Такі розміри цих електродів-резонаторів дозволяють отримати в матеріалі звукові коливання з частотою, що перевищує 10 ГГц, з частотою, що перевищує частоти роботи систем супутникового зв’язку.

"На таких високих частотах звукові коливання вже співставні з довжинами хвиль світла. І це реалізовано в межах одного чіпа вперше в історії сучасної мікроелектроніки" - розповідає Семере Тедессе (Semere Tadesse), один з учених, які брали участь у дослідженнях, - "при такому безпрецедентному режимі роботи чіпа звук може взаємодіяти зі світлом вельми ефективно, і це можна використовувати для реалізації високошвидкісної модуляції світла".

Можливість модуляції променя світла зі швидкістю, що набагато перевищує можливості сучасних комунікаційних лазерів, відкриває перед розробленою технологією двері в область оптичних комунікацій. Але, крім цього, така технологія повинна зуміти забезпечити взаємодію звуку з одиничними фотонами і навпаки. А це, в свою чергу, дозволить використовувати високочастотні звукові хвилі (на рівні фононів) в якості носія інформації у квантових обчислювальних системах майбутнього.



The figure illustrates a sound wave passing across an integrated optical waveguide, overlaid with a color map of the light field in it. Credit: University of Minnesota
Рекомендувати цей матеріал
X




забув пароль

реєстрація

X

X

надіслати мені новий пароль