Исследователи Сколтеха и их коллеги из Великобритании и Польши предложили фотонное устройство, состоящее из двух оптических резонаторов на жидких кристаллах, и исследовали оптические свойства этой системы, которую в перспективе можно будет применять в оптоэлектронных и спиноптронных устройствах следующего поколения. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review B.
Лаборатория фотоники в Сколтехе
Простейший оптический резонатор состоит из двух расположенных друг напротив друга зеркал, между которыми происходит отражение света. Если вы оказались между двух зеркал, вы увидите бесконечное количество своих отражений, а если в гораздо меньший по размеру, но чуть более сложный зеркальный резонатор поместить жидкий кристалл, например, кристалл экрана компьютера и смартфона, эффект окажется еще интереснее. Ориентацию молекул жидкого кристалла можно менять, воздействуя на них с помощью электрического тока. В данной работе исследователи использовали этот эффект, что позволило им не только управлять характеристиками светового излучения внутри резонатора, но и, в некотором смысле, при помощи фотонов «смоделировать» работу привычных электронных устройств.
«Сегодня один из главных трендов в физике – это переход от традиционных электронных вычислительных систем к фотонным, что позволит не только значительно увеличить скорость обработки и передачи информации, но и существенно сократить энергопотребление. Именно поэтому в настоящее время огромный интерес у исследователей вызывают различные типы настраиваемых фотонных архитектур, имитирующих свойства их электронных аналогов», − рассказывает первый автор статьи студент магистратуры Сколтеха Павел Коханчик.
Павел Коханчик, профессор Сколтеха Павлос Лагудакис и их коллеги решили проверить, что произойдет, если два оптических резонатора с жидкими кристаллами разместить очень близко – всего в нескольких микрометрах друг от друга. Исследователи предположили, что у такого двойного микрорезонатора появятся новые свойства, отличные от тех, что присущи отдельному жидкокристаллическому микрорезонатору, которому было посвящено недавнее исследование, проводившееся в сотрудничестве с коллегами из Варшавского университета.
Оказавшись запутанными благодаря общему «бассейну» фотонов, резонаторы начинают вести себя подобно двум маятникам. Если маятники находятся на малом расстоянии друг от друга, они начинают двигаться синхронно и с одинаковой частотой. Исследователи установили, что в подобном случае у света появляются новые свойства, изучением которых занимается топологическая физика. Поскольку эти свойства поддаются тонкой настройке, созданное устройство позволяет имитировать большее количество физических систем как для целей фундаментальных исследований, так и для практических применений.
«Наша работа – лишь один маленький шаг в освоении огромной области исследований, посвященной изучению фотонных аналогов электронных твердотельных систем. За фундаментальными исследованиями непременно последует новый этап, целью которого станет миниатюризация этих устройств, серийное производство устройств на кристалле, а затем их интеграция в устройства повседневного использования. Но пока все это представляется лишь очень отдаленной перспективой», − отмечает Павел Коханчик.
Ученые планируют создать экспериментальную модель двойного жидкокристаллического резонатора для демонстрации богатого спектра физических свойств и эффектов, описанных в статье, а также продолжить исследование аналогичных систем с двойными микрорезонаторами, в том числе в режиме сильной связи между светом и веществом.
Работа проводилась с участием ученых Саутгемптонского университета (Великобритания) и Института экспериментальной физики Варшавского университета (Польша).
Контакты:
Skoltech Communications
+7 (495) 280 14 81
