Электрооптические материалы, такие как титанат бария, действуют как мосты между электричеством и светом, преобразуя сигналы, переносимые электронами, в сигналы, переносимые фотонами.
Новый материал улучшает преобразование электронов, несущих сигнал, в фотоны, несущие сигнал, более чем в десять раз. (Изображение)
Андрей
Исследователи из США подтвердили, что новый подход к классическому материалу может способствовать развитию квантовых вычислений.
Исследовательская группа из Университета штата Пенсильвания подчеркнула, что новый подход может сделать современные центры обработки данных более энергоэффективными.
Исследователи работали с титанатом бария, впервые открытым в 1941 году, который известен своими мощными электрооптическими свойствами в объемных или трехмерных кристаллах.
Значительное достижение
«Он обладает одним из самых высоких значений электрооптических свойств, известных в его объёмной форме, в виде монокристалла при комнатной температуре. Но когда дело дошло до коммерциализации, он так и не сделал этого», — сказал Венкат Гопалан, профессор материаловедения и инженерии Университета штата Пенсильвания и соавтор исследования.
«Мы показали, что если взять этот классический материал и обработать его правильным образом, можно добиться таких результатов, которые никто не считал возможными».
Электрооптические материалы, такие как титанат бария, действуют как мосты между электричеством и светом, преобразуя сигналы, переносимые электронами, в сигналы, переносимые фотонами или частицами света.
Новый материал улучшает преобразование электронов, несущих сигнал
Несмотря на свои обещания, титанат бария так и не стал отраслевым стандартом для электрооптических устройств, таких как модуляторы, переключатели и датчики. Вместо него эту роль взял на себя ниобат лития, который более стабилен и прост в производстве, хотя его свойства и не вполне соответствуют свойствам титаната бария. Однако преобразование титаната бария в сверхтонкие напряжённые плёнки может изменить ситуацию.
Исследовательская группа подчеркнула, что новый материал улучшает преобразование электронов, переносящих сигнал, в фотоны, переносящие сигнал, более чем в десять раз по сравнению с показателями, полученными при криогенных температурах.
Криогенные условия необходимы для квантовых технологий, основанных на сверхпроводящих цепях. Однако передача информации между удалёнными квантовыми компьютерами требует преобразования этой информации в свет, и, по мнению исследователей, для создания настоящих квантовых сетей можно использовать традиционную оптоволоконную связь при комнатной температуре.
Эффективные электрооптические преобразователи также могут найти применение в центрах обработки данных, которые поддерживают все: от искусственного интеллекта (ИИ) до онлайн-сервисов.
Эти объекты потребляют огромное количество энергии, в основном на поддержание холода, и оптическая связь может помочь решить эту проблему. Эти объекты потребляют огромное количество энергии, в основном на поддержание холода. Поскольку фотоны — это частицы света, они могут переносить информацию, не выделяя столько тепла, сколько электроны, движущиеся по проводам, что делает их гораздо более энергоэффективными, говорится в пресс-релизе.
«Интегрированные фотонные технологии в целом становятся все более привлекательными для компаний, которые используют крупные центры обработки данных для обработки и передачи больших объемов данных, особенно в связи с ускоренным внедрением инструментов ИИ», — сказал Эйден Росс, соавтор исследования и научный сотрудник Университета штата Пенсильвания.
«Основная идея заключается в том, что мы могли бы передавать информацию через эти центры, используя фотоны, а не электроны, что позволило бы нам отправлять множество потоков информации параллельно и делать это, не беспокоясь о нагреве нашей электроники, о всей инфраструктуре, необходимой для поддержания таких центров в прохладном состоянии и так далее».
Тонкие плёнки титаната бария демонстрируют высокие линейные электрооптические коэффициенты в тетрагональной фазе при комнатной температуре, которые значительно снижаются до ≈200 пм В−1 в ромбоэдрической фазе при криогенных температурах. Согласно исследованию, опубликованному в журнале Advanced Materials, существует огромный интерес к управлению этими фазовыми превращениями и сохранению превосходных электрооптических свойств вплоть до температуры жидкого гелия.
Sourse: interestingengineering.com
