Российские ученые нашли способ применения гибридных частиц света
AI Сгенерировано ИИ
Исследовательская группа из ИТМО, МФТИ и университетов Германии и Швейцарии впервые смогла «поймать» гибридные частицы света, которые ранее считались неуловимыми. В ходе эксперимента использовался фемтосекундный лазер и тонкая метаповерхность с микроскопическим узором, обеспечивающая условия для удержания этих частиц. Это открытие может привести к созданию оптических вычислителей, которые будут работать в сотни раз быстрее, чем современные электронные устройства. Результаты работы опубликованы в журнале Science Advances. Об этом пишет Togliatti24.
В физике существует парадокс Клейна, описывающий поведение почти безмассовых частиц, движущихся с близкой к световой скоростью. Эти частицы не могут быть удержаны барьерами и проходят сквозь них, что делает их «поймку» невозможной. Однако с развитием фотоники это ограничение стало практическим вызовом. Для создания оптических компьютеров необходимо надежно удерживать световые сигналы, чтобы они могли обрабатывать информацию.
Команда ученых из ИТМО и их коллеги решили задачу удержания света с помощью экситон-поляритонов — гибридных частиц, образующихся при взаимодействии света с возбуждением перовскита в метаповерхности. Эти гибриды обладают свойствами, позволяющими быстро переносить информацию.
«Мы использовали пленку из перовскита, которая проще и дешевле в обработке, чем большинство полупроводников. Она позволяет создавать условия для образования поляритонов. Пленка толщиной в тысячу раз меньше человеческого волоса была использована для создания микроскопической решетки, что усиливает взаимодействие света и вещества», — отметил Сергей Макаров, директор Института фотоники ИТМО.
В ходе эксперимента исследователи направили лазерный импульс на метаповерхность, создавая условия, при которых поляритоны не разлетаются. «Свет возбуждает перовскит, и поляритоны образуются внутри области, не имея возможности покинуть ее. Это создает условия, позволяющие обойти парадокс Клейна», — добавил Антон Налитов, ведущий научный сотрудник МФТИ.
С помощью спектрометра ученые зафиксировали, что поляритоны образуют четкие энергетические уровни, что подтверждает их удержание в ловушке. Это открытие имеет значительные перспективы в области фотонных вычислений, особенно для нейросетей и задач ИИ, требующих больших вычислительных мощностей. Метаповерхности могут выполнять вычисления светом, что значительно снижает энергозатраты по сравнению с традиционными процессорами.
Исследование поддержано программой «Приоритет 2030», и в будущем ученые планируют интегрировать перовскитные метаповерхности в дифракционные нейронные сети, что позволит создать компактные оптические вычислители, способные выполнять сложные задачи, такие как векторно-матричное умножение, распознавание образов и оптимизацию логистики.
