Kleine optische apparaten veranderen hoe licht wordt geregeld

MIT -onderzoekers hebben een nieuw nanofotisch platform ontwikkeld met behulp van chroomsulfidebromide (CRSBR), een gelaagd kwantummateriaal dat het ontwerp van moderne optische apparaten zou kunnen transformeren.Dit maakt ultracompacte efficiënte componenten mogelijk die dynamisch van optische modi kunnen veranderen, iets dat eerder moeilijk te bereiken is in nanofotoniek.

Het belangrijkste voordeel van CRSBR ligt in de combinatie van magnetische ordening en sterke optische respons.Het zorgt voor continue en omkeerbare afstemming van optische eigenschappen met behulp van bescheiden magnetische velden zonder mechanische beweging of thermische veranderingen.Met deze afstembaarheid in combinatie met een hoge brekingsindex kunnen optische structuren slechts enkele nanometer dik, veel kleiner zijn dan die gemaakt van conventionele materialen.

Het optische gedrag van het materiaal wordt aangedreven door excitonen, quasiparticles gevormd wanneer licht een elektron opwindt dat een positief geladen gat achterlaat.Deze gebonden paren interageren sterk met licht en reageren sterk op magnetische velden, waardoor het mogelijk is om te regelen hoe licht door het materiaal beweegt.

In tegenstelling tot traditionele nanofotone materialen zoals silicium, siliciumnitride en titaniumdioxide, biedt CRSBR aanzienlijke verbeteringen in twee belangrijke gebieden, brekingsindex en afstembaarheid.Bestaande materialen hebben relatief bescheiden brekingsindices, die de mate beperkt waarin ze licht kunnen beperken en dus beperken hoe compacte apparaten kunnen zijn.Bovendien zijn hun optische eigenschappen vast na fabricage, wat betekent dat elke verandering doorgaans de structuur fysiek vereist.

CRSBR overwint beide beperkingen.De grote brekingsindex zorgt voor strengere lichtbeperking, terwijl de magnetische gevoeligheid dynamische regeling mogelijk maakt.Wanneer een magnetisch veld wordt toegepast, verschuift de brekingsindex aanzienlijk, waardoor apparaten kunnen schakelen tussen verschillende optische modi zonder bewegende delen.

Deze sterke lichtstattere interactie leidt ook tot de natuurlijke vorming van polaritonen, hybride quasiparticles die eigenschappen van licht en materie combineren.Deze polaritonen ondersteunen verbeterde niet -lineaire optische effecten en maken kwantumlichttransport mogelijk, zelfs zonder externe optische holtes.

Tot nu toe hebben demonstraties CRSBR -vlokken gebruikt die werken bij cryogene temperaturen tot 132 kelvins.Het materiaal is echter compatibel met bestaande fotonische platforms en kan in toekomstige fotonische circuits worden gebruikt als een instelbare component.Dit is met name veelbelovend voor toepassingen in kwantumsimulatie, niet-lineaire optica en herconfigureerbare polaritonische systemen waar werking lage temperatuur acceptabel is.

Onderzoek is aan de gang om gerelateerde materialen te vinden met hogere magnetische besteltemperaturen die de werking van kamertemperatuur en bredere acceptatie in praktische apparaten kunnen ondersteunen