Новый чип улавливает свет в течение миллионов циклов благодаря инновационному методу.

Исследователи улавливают свет на чипе в течение миллионов циклов, используя защищенные сверхтонкие материалы.

Группа исследователей разработала новый способ улавливания света на чипе в течение миллионов циклов, преодолев давнюю проблему в разработке фотонных устройств.

Этот подход позволяет придавать форму тонким, атомарно тонким материалам без повреждений, раскрывая их потенциал для создания высокоэффективных оптических систем.

В работе основное внимание уделяется материалам Ван дер Ваальса — классу ультратонких веществ, известных своими исключительными оптическими и электронными свойствами. Несмотря на их перспективность, использование этих материалов в качестве конструкционных компонентов оказалось затруднительным, поскольку стандартные методы изготовления могут легко повредить их.

Для решения этой проблемы исследователи ввели защитный этап перед изготовлением. Они покрыли материал тонким слоем алюминия, который поглощает удары жестких обрабатывающих инструментов, что позволяет точно формировать детали на наноразмерном уровне без ухудшения качества материала.

Используя этот метод, команда создала крошечные дискообразные структуры, способные чрезвычайно эффективно удерживать свет. Эти микродиски позволяют свету многократно циркулировать с минимальными потерями, достигая уровней производительности, ранее недостижимых для подобных материалов.

Экранирование хрупких материалов

«Однако, несмотря на их огромный потенциал, использование материалов Ван-дер-Ваальса в качестве структурных строительных блоков остается серьезной проблемой», — сказал Сяоци Цуй.

Защитное покрытие действует как временный барьер во время изготовления, позволяя, по словам исследователей, проводить так называемую нанохирургию. «Этот алюминиевый слой работает как микроскопический бронекостюм, — сказал Андреас Лиапис. — Он поглощает разрушительное воздействие ионного пучка».

В результате получаются сверхгладкие структуры, сохраняющие кристаллическую структуру материала и обеспечивающие высокую точность. Эти устройства достигли добротности более 1 000 000, что означает, что в каждом цикле теряется лишь ничтожно малая доля света. На практике свет может циркулировать внутри структуры миллионы раз, прежде чем начнет затухать.

«Эти характеристики превосходят показатели предыдущих резонансных систем Ван-дер-Ваальса на три порядка», — сказал Чжипэй Сунь.

Усиление взаимодействия света

Способность так эффективно улавливать свет имеет важные последствия. Когда свет остается внутри структуры, он сильнее взаимодействует с материалом, усиливая оптические эффекты, которые в противном случае были бы слабыми.

В ходе испытаний исследователи зафиксировали 10 000-кратное увеличение эффективности генерации второй гармоники — процесса, используемого для преобразования света из одной частоты в другую. Такой уровень улучшения открывает новые возможности для компактных фотонных систем.

Этот прогресс также переводит материалы Ван-дер-Ваальса из пассивных компонентов в активные строительные блоки в фотонных устройствах.

Это может способствовать разработке реконфигурируемых схем, квантовых источников света и высокочувствительных датчиков, интегрированных непосредственно на микросхемы.

В более широком смысле, исследование показывает, что материалы, которые ранее считались слишком хрупкими, теперь можно использовать для создания функциональных устройств с рекордными характеристиками. Оно также подчеркивает, как сочетание защитных технологий изготовления с передовыми материалами может открыть новые возможности в фотонике.

Преимуществом этого подхода также являются естественные гладкие, бездефектные поверхности этих материалов, которые уменьшают рассеяние света и повышают производительность. Сочетание точного изготовления с высокими материальными свойствами приближает фотонные чипы к реальному применению в вычислительной технике и сенсорике.

Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Materials.

Sourse: interestingengineering.com