Ученые Южно-Уральского государственного университета в рамках проекта Проект 5-100 разработали инновационную программу для оптимизации структуры фотонных кристаллов. Она решает задачу поиска оптимального расположения атомов и значительно ускоряет создание высокоэффективных кристаллов.
Секреты света в теории фотонных кристаллов
Научная группа университета глубоко изучает фотонные кристаллы долгие годы. Эти кристаллы открывают путь к замене традиционной оптики и дорогих металлов, а также служат основой для фотонных интегральных схем — ключевых элементов суперкомпьютерных систем будущего.
Разработчики создали уникальный алгоритм оптимизации структуры фотонных кристаллов методом локализации мод в соответствующей оптической среде.
Цифровой путь к совершенным материалам
Процесс разработки сложных трёхмерных фотонных кристаллов включает этапы теоретического моделирования и программирования. Задача — найти структуру, максимально эффективно управляющую светом в нужных направлениях: пропуская или блокируя его. Специальная программа перебирает колоссальное число вариантов. Использование высокоуровневых вычислительных мощностей суперкомпьютера ЮУрГУ обеспечивает впечатляющие результаты.
Кропотливая работа привела к созданию программы, автоматизирующей поиск наилучших позиций атомов в структуре фотонного кристалла.
Прорывные исследования в ведущем университете
Сейчас в Южно-Уральском государственном университете, участнике программы повышения международной конкурентоспособности научных центров РФ, активно ведутся работы: изучение характеристик фотонных кристаллов, развитие подходов к их анализу, конструирование приборов на их основе и внедрение предсказанных теоретически уникальных эффектов.
Что такое фотонные кристаллы?
Концепция фотонных кристаллов известна науке свыше 40 лет. Теория доказала: управляя геометрией материалов, можно достичь исключительного контроля над распространением электромагнитных волн внутри структуры. Проще говоря, фотонный кристалл — это особый материал, манипулирующий световыми волнами и формирующий эффект фотонной запрещённой зоны.
Прекрасные свойства и применение
Их выдающиеся характеристики обеспечивают возможности для тонкого управления светом. На базе фотонных кристаллов создают перспективные оптические фильтры, эффективные световоды для связи (включая волоконнооптические сети) и устройства, контролирующие тепловое излучение.
Фотоника — будущее электронных систем!
Фотонным кристаллам отводят роль основы современной электроники будущего. Принципы их устройства ключевые для создания мощных лазеров и элементов новых поколений лазерных систем. Инновационные материалы позволят проектировать оптические микросхемы, аналогичные электронным, и внедрить совершенно новые методы передачи/хранения/обработки информации.
Будущее разработки
Программа оптимизации структур фотонных кристаллов официально зарегистрирована. Однако разработчикам предстоит решение серьезных практических задач. Для кристаллов высокого качества требуются материалы со строго заданным коэффициентом преломления, такие как алмаз и диоксид титана. Формирование сложных трёхмерных структур из них технологически очень трудоемко. Учёные университета активно ищут новые технологические решения для преодоления этих сложностей.
Источник: scientificrussia.ru