#фотоника

Ученые смогли собрать трехмерный фотонно-электронный чип, быстро и энергетически дешево передающий данные. Ученые говорят, что их разработка может обеспечить технологиям искусственного интеллекта давно необходимые параметры аппаратуры для вычислений.

Исследователи из Университета Аделаиды (Австралия) впервые сняли живые эмбрионы с использованием камер, разработанных для квантовых измерений. Высокая точность этих приборов позволяет избежать повреждения биологических тканей от дополнительного освещения, необходимого для обычных методов съемки.

Исследователи из Притцкеровской школы молекулярной инженерии Университета Чикаго (США) изучили технику создания единиц и нулей с помощью заряженных кристаллических дефектов. Каждый из них — размером не больше отдельного атома и может применяться в классической компьютерной памяти.

О том, как совмещать успешную работу в физике и литературе, об экситонах и фотонах, о жидком свете, поляритонике и о мировом лидерстве России в этой области мы поговорили с Алексеем Кавокиным, директором Международного центра теоретической физики имени А. А. Абрикосова (МФТИ), руководителем группы квантовой поляритоники Российского квантового центра, руководителем лаборатории оптики спина Санкт-Петербургского государственного университета.

В России создают новые источники микроволнового излучения, изучают сложные квантовые эффекты в полупроводниках, исследуют свойства вещества при сверхвысоких давлениях и многое другое. В этом небольшом тексте мы не сможем затронуть все проводимые исследования в такой большой стране, как наша, и даже упомянуть все институты и университеты, которые ими заняты — но попробуем наметить основные тенденции.

Ученые Технологического университета Чалмерса смогли упаковать известный материал в форму диска, чем значительно улучшили его свойства. Наноразмерный диск показал значительную нелинейность с высоким показателем преломления.

Ученые из Сколтеха, Политехнического университета Валенсии, Института спектроскопии РАН, Варшавского и Исландского университетов продемонстрировали спонтанное формирование массива квантовых вихрей и их синхронизацию в оптически возбужденных полупроводниковых микрорезонаторах. Ученые показали, что в соседних ячейках оптически сгенерированных решеток наблюдается тенденция к образованию поляритонных квантовых вихрей с противоположным знаком топологического заряда, то есть возникновению между вихрями «антиферромагнитной связи».

Ученые из Сколтеха и Университета Вупперталя в Германии под научным руководством вице-президента по фотонике Сколтеха Павлоса Лагудакиса, лауреата научной премии «Вызов», создали универсальный логический элемент NOR (от английского NOT — оператор отрицания и OR — оператор логической суммы «или»). Он разработан на основе поляритонных конденсатов, функционирует при комнатной температуре, имеет множественные входы, может работать в сотни раз быстрее электронных аналогов, а также является полностью оптическим — то есть работает без участия электрического тока. Важно, что такие логические элементы можно воспроизводить и соединять в цепи, то есть каскадировать.

Физики Санкт-Петербургского государственного университета исследовали оптические свойства квантовых точек, за открытие которых выпускнику Университета Алексею Екимову в 2023 была присуждена Нобелевская премия. Ученые изучали полупроводниковые квантовые точки, выращенные в СПбГУ методом молекулярно-пучковой эпитаксии. Особенность таких точек — отсутствие механических напряжений, что делает их перспективными для применения в новых оптоэлектронных устройствах. Исследователям СПбГУ удалось выделить излучение одиночных точек и объяснить особенности его спектрального состава.

Коллаборация ученых из России и Китая нашла идеальный 2D-материал для строительства устройств современной оптоэлектроники и фотоники. Также ученые предложили простой и эффективный способ расчета оптических характеристик любых материалов, состоящих из углеродных нанотрубок.

Физики из МФТИ изучили оптические свойства нитрида бора (незаменимого компонента для двумерных материалов) и обнаружили, что он обладает рекордным показателем преломления в ультрафиолетовом свете. Это значит, что материал может стать основой разработок в области нанофотоники, в частности заменить электронные компоненты в интегральных схемах компьютеров. Для демонстрации практического применения нитрида бора ученые сконструировали нанометровый волновод, показавший высокую эффективность.

Физики из МФТИ и Российского квантового центра разработали логический элемент, основанный на взаимодействии спиновых волн, которые возбуждались лазерными импульсами. Представленный подход существенно отличается от классических методов, основанных на использовании транзисторов и диодов.

Ученые из МФТИ нашли математически обоснованное и вычислительно эффективное решение проблемы дальнодействия в плазме. Им впервые удалось выполнить моделирование взаимодействия миллиона частиц в такой системе.

Ученые Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ с коллегами из Великобритании и Сингапура открыли топологические фазовые особенности двумерных материалов. Эффект может вывести оптическую инженерию на новый технологический уровень. Использование открытия на примере биосенсоров сразу дало рекордную чувствительность.

Ученые ПГНИУ исследовали зависимость плотности дефектов кристалла ниобата лития от параметров его термообработки. Это позволяет изготавливать высокостабильные фотонные интегральные схемы для навигационных систем и оптических систем передачи данных.

Физики из Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ совместно с коллегами из Российского квантового центра смогли вырастить в одностенных углеродных нанотрубках магнитные нанополосы. Новый материал будет востребован при разработке наноразмерных устройств.

Ученые из МФТИ, университетов Регенсбурга (Германия) и Канзаса, а также Массачусетского технологического института (США) обнаружили аномально сильное поглощение света в намагниченном графене. Эффект возникает из-за превращения обычных электромагнитных волн в сверхмедленные поверхностные волны, бегущие по графену. Явление может помочь в разработке новых приемников сигналов связи, размеры которых будут гораздо меньше существующих при схожей эффективности поглощения.

Группа исследователей из Центра компетенций НТИ «Фотоника» при ПГНИУ и Болгарской академии наук усовершенствовала технологию производства фотонных интегральных схем (ФИС) на основе ниобата лития. Новый метод увеличит стабильность систем передачи данных в 2,5 раза. Это позволит улучшить качество связи в телекоммуникации и сделать шаг к развитию 5G и 6G технологий.

Международная научная группа во главе с исследователями из Сколтеха и IBM создала чрезвычайно энергоэффективный оптический переключатель, который мог бы заменить электронные транзисторы в новом поколении компьютеров, оперирующих фотонами, а не электронами. Переключатель не только напрямую сберегает энергию, но и не требует охлаждения, и притом очень быстро работает: способный выполнять триллион операций в секунду, он в 100–1000 раз быстрее, чем самые производительные современные коммерческие транзисторы.

Ученым ННГУ удалось повысить интенсивность светоизлучающих свойств кремния за счет оптимизации синтеза гексагональной фазы 9R-Si.