Несмотря на широкое использование оптических линий связи с трансиверами и лазерами, полностью оптическая обработка данных остаётся тайной за семью печатями. Продвинуться на этом пути поможет новое исследование команды учёных из России и Великобритании, которая раскрыла одну из фундаментальных загадок сильного взаимодействия света и органических молекул.
Органика неспроста заинтересовала учёных. Эволюция земных организмов неразрывно связана с взаимодействием со светом. И связана очень сильно! Знание фундаментальных законов этих связей поможет далеко продвинуться в развитии электроники на базе органических материалов. Светодиоды, лазеры и ставшие популярным экраны OLED ― это лишь малая часть индустрии, которая может ускорить свой рост благодаря новым знаниям.
Прорыв в понимании явлений сильного взаимодействия света с органическими молекулами совершила команда учёных из Лаборатории гибридной фотоники Сколтеха и Университета Шеффилда (Великобритания). Принципы сильной связи открывают уникальные возможности для полностью оптической обработки информации без значительных потерь скорости и энергии сигналов при преобразовании в ток, что происходит сегодня. Данному исследованию посвящена статья в Nature Communications Physics (текст на английском языке свободно доступен по этой ссылке).
Как и в случае предыдущих исследований сильных взаимодействий света (фотонов) с веществами, учёные изучали «смешение» фотонов с электронным возбуждением молекул или экситонами. Взаимодействие фотонов с квазичастицами экситонами ведёт к появлению других квазичастиц ― поляритонов. Поляритоны сочетают в себе высокую скорость распространения света и электронные свойства вещества. Проще говоря, фотон как бы овеществляется и обретает свойства близкие к тому же электрону. С этим уже можно работать!
На базе поляритона можно создать работающий транзистор и, в перспективе, процессор. Для такого вычислителя будут не нужны излучающие и фотопреобразующие датчики, которые имеют низкий КПД и малую производительность, и точку в загадке поляритонных взаимодействий сегодня поставила команд из Сколтеха.
«Из экспериментов известно, что при конденсации поляритонов в органике происходит резкий сдвиг спектральных свойств, причём этот сдвиг всегда приводит к увеличению частоты поляритонов. Это является индикатором нелинейных процессов, протекающих в системе, так же, как, например, изменение цвета металла по мере его нагрева».
Лаборатория гибридной фотоники Сколтеха во главе с профессором Павлосом Лагудакисом (Фото: Т. Сабиров / Сколтех)
Группа проанализировала экспериментальные данные и установила ключевые зависимости сдвига частоты поляритонов от важнейших параметров взаимодействия света с органическими молекулами. Впервые обнаружено сильное влияние переноса энергии между соседними молекулами на нелинейные свойства поляритонов. Это выявило движущую силу поляритонов. Зная природу механизма, можно развить теорию и подтвердить её практическими экспериментами, например, связать несколько поляритонных конденсатов в единую цепь для построения поляритонных процессоров.
Источник:
