МОСКВА, 17 февраля. /ТАСС/. Российские ученые первыми в мире создали структуру, которая позволяет произвольным образом управлять движением электромагнитных волн в трехмерном пространстве, не теряя при этом больших количеств энергии. Данная разработка, так называемый трехмерный фотонный топологический изолятор, послужит основой для фотонных интегральных схем, сообщила ТАСС пресс-служба Университета ИТМО.
"Разработку можно использовать для создания компактных, емких, энергоэффективных и отказоустойчивых фотонных интегральных схем и оптических чипов. Это перспективная альтернатива традиционным электронным устройствам, которая может стать аппаратной основой для более быстрых вычислительных архитектур ИИ", - говорится в сообщении.
Созданная при поддержке Российского научного фонда структура относится к числу так называемых топологических изоляторов. Они представляют собой класс материалов, которые проводят электрический ток или электромагнитное излучение только на поверхности - частицы в этом поверхностном слое ведут себя очень стабильно, что представляет интерес для создания фотонных чипов и квантовых компьютеров.
В прошлом, физикам удавалось создавать двумерные фотонные топологические изоляторы, однако еще в 2017 году ученые из Университета ИТМО совместно с зарубежными коллегами теоретически предсказали существование трехмерного фотонного топологического изолятора и описали его физику. Переход в трехмерное пространство позволяет более гибко управлять движением света, однако при этом возникает проблема возможных утечек энергии на границе между материалом и внешней средой.
Российские ученые обнаружили, что этой проблемы лишен созданный ими материал, похожий по структуре на слоеный пирог, в каждом слое которого присутствует множество шайбообразных керамических структур. Когда частицы света взаимодействуют с этими "шайбами", они приобретают псевдоспин, особую характеристику, связанную с поляризацией фотона. В зависимости от состояния псевдоспина, фотоны начинают двигаться в определенном направлении внутри структуры, что позволяет управлять их движением в 3D-пространстве.
"Мы показали, что то, что раньше считалось потерями, на самом деле может стать функциональным преимуществом. Используя открытые поверхности трехмерного топологического изолятора, мы научились управлять направлением излучения и маршрутизацией волн с помощью воздействия на псевдоспины. Это принципиально новый инструмент для реализации будущих фотонных устройств и оптических чипов", - подытожил старший научный сотрудник Нового физтеха ИТМО Дмитрий Жирихин, чьи слова приводит пресс-служба вуза.