Ученые создали чип, который может замедлить скорость света в 10 000 раз: зачем это нужно

Исследовательская группа из Шэньчжэньского института передовых технологий Китайской академии наук разработала фотонный чип, позволяющий снизить скорость света более чем в 10 000 раз. Это поможет повысить производительность и возможности приложений в области светочувствительности, связи и вычислений, передает SCMP.

Фотонные чипы используют фотоны вместо электронов, их преимущество в том, что они потребляют меньше энергии и работают быстрее электронных аналогов. Хотя скорость света в вакууме является постоянной величиной и не может быть превышена, в других средах ее можно замедлить, а это означает, что ею можно манипулировать, что имеет большое значение при разработке фотонных процессоров.

"Когда свет замедляется, плотность энергии света увеличивается", — сказал доктор Ли Гуанъюань, один из авторов исследования. — "Это означает, что при постоянных габаритах устройства эффективное расстояние взаимодействия света становится больше, что существенно повышает производительность устройства"..

Команде доктора Ли удалось создать фотонный чип, замедляющий свет более чем в 10 000 раз. При этом потеря энергии составила лишь около 20% от потерь других фотонных устройств, которые они тестировали ранее.

Современный метод управления скоростью света основан на метаповерхностях – искусственных материалах, состоящих из наноструктур. Когда свет попадает на эти наноструктуры, они резонируют, изменяя свою амплитуду и фазу.

Но материальное поглощение и рассеяние света, создаваемого этими искусственными атомами, может привести к потере света, что сокращает продолжительность "жизни" фотонов и ограничивает степень замедления скорости света. Чтобы обойти эту проблему, команда Ли усовершенствовала используемые материалы и конструкцию процессора.

"Мы выбрали материалы с низкими или даже нулевыми потерями при поглощении волн определенной длины", — пояснил Ли. — "Например, металлы обладают сильным поглощением в инфракрасном спектре, поэтому мы использовали кремниевые материалы. Однако кремний сильно поглощает видимый свет, поэтому в таких случаях мы использовали прозрачные материалы, такие как нитрид кремния или диоксид титана".

Для структурного проектирования исследователи усовершенствовали концепцию поверхностного решеточного резонанса, которая предотвращает потери энергии. Разработанная ими периодическая структура состояла их кремниевых нанодисков размером 100 нанометров. Такая конструкция смещает путь света изнутри наноструктур к их поверхности, значительно уменьшая потери при поглощении света тем или иным материалом. Кроме того, благодаря новой структуре удалось захватить те фотоны, которые обычно теряются из-за рассеивания света, и вернуть их к процессу распространения, тем самым продлевая продолжительность "жизни" фотонов.

Ученые уверены, что эта технология может также снизить затраты на производство фотонных чипов и расширить их применение для датчиков, лазерных устройств и светодиодов.

"Благодаря использованию технологии метаповерхностей фотонные чипы могут быть такими же тонкими, как наклейки, что позволит применить их в микроэлектронике", — пояснил Ли. — "Производительность фотонных процессоров обычно ограничена, но используя эффект медленного света, производительность можно значительно улучшить".

Ранее мы писали о том, что военные и правительство Китая приобретают чипы Nvidia, несмотря на запрет США. Китайские ученые могут использованы американские процессоры для обучения военного ИИ, считают исследователи.