Ученые создали устройство, в котором можно точно управлять траекториями движения фотонов — квантов света. Например, можно заставить свет поворачивать на острый угол без потерь на рассеяние. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Nanotechnology.

Ученые уже используют фотоны в качестве носителей информации. Потенциально они подходят для этой цели гораздо лучше электронов, так как у них нет массы и они всегда движутся со скоростью света, что в теории позволяет одновременно уменьшать энергопотребление и увеличивать скорость работы устройства, в котором они используются. Один из существенных недостатков современных устройств фотоники заключается в том, что они не могут эффективно изменять траектории частиц света, а это необходимо для полноценной замены электронов фотонами.

В новой работе физики из Университета Дьюка (США) создали устройство, с помощью которого можно эффективно управлять направлением движения электронов. Специалисты использовали в своей разработке фотонные кристаллы, созданные на основе концепции топологических изоляторов, за которые в 2016 году была присуждена Нобелевская премия по физике. У авторов получилась кристаллическая решетка, точный контроль над геометрией которой позволил предотвратить распространение света в толще вещества, при этом обеспечил практически идеальную передачу вдоль поверхности.

Схема нового устройства, в котором можно точно управлять траекториями движения фотонов / Natasha Litchinitser/Duke University

Ранее похожего явления удавалось добиться на основе резонаторов, но в новой работе используется устройство в 100 раз меньше — всего 35 на 5,5 микрометра. «Направлять свет по траекториям, которые изгибаются под острыми углами, в современных фотонных кристаллах можно было и ранее, но только с помощью трудоемких процессов, связанных с определенным набором параметров, — поясняет руководитель коллектива Наталья Личиницер. — Если же при производстве были допущены даже малейшие ошибки, терялись все необходимые свойства».

По заявлениям авторов, новое устройство будет работать независимо от размеров или геометрии траектории фотонов. Это значит, что небольшие ошибки не ухудшат качество передачи сигнала. Также к преимуществам разработки относится широкая полоса рабочих частот света, включающая те из них, что используются в настоящее время для телекоммуникации. Теперь авторы пытаются сделать устройство настраиваемым, что позволит динамически переключаться между различными диапазонами.