Разгадана загадка взаимодействия частиц, открывающих уникальные возможности для полностью оптической обработки информации — Naked Science
13.02.2020
Сколтех

Разгадана загадка взаимодействия частиц, открывающих уникальные возможности для полностью оптической обработки информации

6.1

Команда ученых из Лаборатории гибридной фотоники Сколковского института науки и технологий (Сколтех) и Университета Шеффилда (Великобритания) совершила прорыв в понимании явлений сильного взаимодействия света с органическими молекулами. Принципы сильной связи открывают уникальные возможности для полностью оптической обработки информации в обход потерям скорости и энергии сигналов при преобразовании в ток.

Разгадана загадка взаимодействия частиц, открывающих уникальные возможности для полностью оптической обработки информации / ©Пресс-служба Сколтеха

Результаты исследований опубликованы в журнале Nature Communications Physics. Им также посвящена отдельная статья в февральском номере Nature Physics. Исследование проведено при поддержке Российского научного фонда.

Органические вещества – базовый строительный материал всех живых организмов. А взаимодействие органических молекул со светом – главный процесс в жизни растений, обеспечивающий возможность существования жизни на Земле.

Кроме того, органические материалы активно используются для создания светоизлучающих устройств, гибкой электроники, солнечных батарей, фоточувствительных сенсоров и многих других устройств. Сегодня существует целая индустрия органической оптоэлектроники, и органические светодиодные дисплеи (OLED) – известный пример коммерческого использования органических молекул.

Лаборатория гибридной фотоники Сколтеха во главе с профессором Павлосом Лагудакисом разрабатывает новые принципы оптоэлектроники, основанные на сильном взаимодействии света с органическими материалами. Главным отличием от традиционных подходов является то, что при таком режиме взаимодействия происходит «смешение» света, то есть фотонов, и электронных возбуждений молекул – экситонов. В результате возникают новые частицы — поляритоны, которые сочетают в себе высокую скорость распространения света и электронные свойства вещества.

«Меняет ли это наш мир? Несомненно! Сильная связь может замедлять фотодеградацию молекул, изменять ход фотохимических реакций, а кроме того, наделяет фотоны способностью взаимодействовать друг с другом. Последнее свойство позволяет создавать эффективные устройства обработки оптических сигналов», – рассказывает профессор Павлос Лагудакис.

Сейчас проблема обработки больших объемов информации в оптоволоконных сетях решается путем преобразования света в электрические сигналы. Принципы сильной связи открывают уникальные возможности для полностью оптической обработки информации в обход потерям скорости и энергии сигналов при преобразовании в ток. За последние десять лет удалось достичь значительных успехов: от создания первого органического поляритонного лазера до наблюдения сверхтекучих поляритонных потоков, распространяющихся без потерь при комнатной температуре, и изобретения первого органического сверхбыстрого оптического транзистора. Следует отметить, что Сколтех является одним из мировых лидеров в органической поляритонике.

Однако, несмотря на значительный прогресс в данной области, механизмы взаимодействия поляритонов в органических системах долгое время оставались неясными и являлись причиной жарких споров в научном сообществе. Наконец, загадка поляритонных взаимодействий решена. Исследование команды из Сколтеха ставит точку в данном вопросе.

Ученые провели глубокое экспериментальное исследование и выявили закономерности в свойствах поляритонных конденсатов – состояние, в котором одновременно находятся сотни и даже тысячи поляритонов, идентичных друг другу.

«Из экспериментов известно, что при конденсации поляритонов в органике происходит резкий сдвиг спектральных свойств, причем 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», – рассказывает первый автор статьи, младший научный сотрудник Лаборатории гибридной фотоники Тимур Ягафаров.

Анализ экспериментальных данных позволил установить 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. Теперь ученые знают, что является движущей силой поляритонов. Используя построенную теорию, можно определить экспериментальные параметры, необходимые для связи нескольких поляритонных конденсатов в единую цепь для построения поляритонных процессоров.

©Пресс-служба Сколтеха

С фундаментальной точки зрения, полученные знания, возможно, позволят объяснить явление сверхтекучести поляритонов в органике. «Полученные результаты имеют важное значение не только для нашей области исследований, но и за ее пределами. Обнаруженные механизмы нелинейности поляритонов носят общий характер и, вероятно, являются универсальными для органических систем с сильной связью», – комментирует старший научный сотрудник Лаборатории гибридной фотоники Антон Заседателев.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Сколковский институт науки и технологий — негосударственный технологический университет, расположенный в инновационном центре Сколково. Институт был создан в 2011 году при поддержке Массачусетского технологического института. Модель института предусматривает тесную интеграцию технологического образования, исследовательской работы и предпринимательских навыков. Институт ведёт обучение по программам магистратуры и PhD, рабочий язык — английский.
Вчера, 12:05
Илья Ведмеденко

Короткий ролик показывает модель летательного аппарата неизвестного типа. Некоторые обозреватели полагают, что она имеет отношение к программе NGAD, направленной на разработку истребителя шестого поколения. Ранее стало известно о начале испытаний его демонстратора.

Позавчера, 11:44
Илья Ведмеденко

Видео демонстрирует концепцию, известную как Rapid Dragon. Крылатые ракеты сбросили из самолетов C-17 и EC-130: предполагается, что это позволит повысить ударную мощь США.

Вчера, 17:26
Мария Азарова

Оманские спелеологи, наконец, спустились на дно загадочного «Адского колодца» на востоке Йемена — бархута, которого избегают многие местные жители, так как уверены, что там живут джинны.

Позавчера, 11:44
Илья Ведмеденко

Видео демонстрирует концепцию, известную как Rapid Dragon. Крылатые ракеты сбросили из самолетов C-17 и EC-130: предполагается, что это позволит повысить ударную мощь США.

Вчера, 12:05
Илья Ведмеденко

Короткий ролик показывает модель летательного аппарата неизвестного типа. Некоторые обозреватели полагают, что она имеет отношение к программе NGAD, направленной на разработку истребителя шестого поколения. Ранее стало известно о начале испытаний его демонстратора.

21 сентября
Василий Парфенов

Следует признать: амбициозные планы Илона Маска по освоению Марса столкнулись с суровой реальностью американской бюрократии раньше, чем предполагалось. Не успела его компания SpaceX начать тестирование системы из ускорителя Super Heavy и космического корабля Starship, как регуляторные органы высказали свое «фи». Первый орбитальный запуск исполинской ракеты никак не получит соответствующих разрешений, но наконец-то появилась надежда на положительный исход экологической оценки. Правда, космодром в Бока-Чика должен принять кое-какие расширенные меры по защите окружающей среды.

3 сентября
Алиса Гаджиева

Два бронзовых тарана и свинцовые пули обнаружили на месте битвы при Эгатских островах, состоявшейся почти 23 века назад.

11 сентября
Алиса Гаджиева

Необычное погребение обнаружили во время работ по устройству пруда в гольф-клубе.

15 сентября
Ольга Иванова

Американские исследователи выяснили, что в женских тампонах содержатся летучие органические соединения, которые влияют на присутствие этих веществ в моче. Интересно, что в прокладках их содержание значительно ниже.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: