Фотонный прорыв: новый чип улавливает свет на три порядка эффективнее, чем предыдущие технологии

Международная группа ученых преодолела серьезное препятствие на пути производства более быстрых и эффективных фотонных микрочипов. Они создали своего рода броню для защиты материалов Ван-дер-Ваальса, которые хрупки, но обладают исключительными оптическими и электронными свойствами. В результате отражающая эффективность чипа выросла сразу на три порядка. Исследование открывает новые возможности для реконфигурируемых фотонных схем, квантовых источников света и высокочувствительных оптических датчиков.

До сих пор хрупкость ультратонких материалов Ван-дер-Ваальса делала невозможными стандартные наноскопические методы изготовления. Сфокусированный ионный луч повреждает кристаллическую решетку.

Решение оказалось простым, но элегантным: перед обработкой материал покрывают тонким слоем алюминия, который действует как «микроскопическая броня», поглощающая вредное воздействие ионного луча. Это позволяет вырезать структуры с точностью менее 100 нанометров, сохраняя при этом качество кристалла, пишет IE.

Используя этот подход, исследователи создали сверхгладкие микродиски Ван-дер-Ваальса — небольшие круглые структуры, которые действуют как ловушки света. Добротность этих резонаторов превышает 1 000 000, а это означает, что за цикл теряется только одна миллионная миллионная доля света. Свет может циркулировать внутри диска миллионы раз, прежде чем заметно затухнет. Это на три порядка лучше, чем предыдущие резонансные системы Ван-дер-Ваальса.

Благодаря высокой эффективности концентрации света внутри конструкции резко усиливается его взаимодействие с материалом, что приводит к значительному усилению нелинейно-оптических эффектов. При тестировании генерации второй гармоники ученые наблюдали 10 000-кратное (четыре порядка) увеличение эффективности по сравнению с предыдущими рекордами.

Такие невероятные достижения в области ограничения света ведут к революции в фотонике.