#фотоника

Ученые из МФТИ с коллегами разработали подход, который учитывает ориентацию кристаллической решетки анизотропного слоистого материала при изготовлении фотонных элементов. Используя этот подход и фрикционную сканирующую зондовую литографию, команда изготовила наноразмерные волноводы из трисульфида галлия-индия (GaInS₃) и продемонстрировала распространение света видимого диапазона длин волн.

В состоянии квантовой запутанности некоторые параметры частиц оказываются жестко связаны. Если спин одного запутанного фотона направлен в одну сторону, а второго — в противоположную, то если изменится спин первого, то у второго этот показатель тоже перевернется.

Ученые из МФТИ и ВНИИА им. Н. Л. Духова с коллегами из ОАЭ показали, что перспективные оптические сенсоры на фазовых сингулярностях сохраняют работоспособность даже при очень слабом сигнале. Они впервые системно исследовали влияние «фотонной случайности» на такие сенсоры. Результаты работы важны для развития высокоточных биосенсоров и компактных оптических датчиков.

Нейроморфные вычисления — это попытка скопировать принцип работы мозга: не последовательно выполнять команды, как обычный процессор, а обрабатывать информацию параллельно, через сеть взаимосвязанных «нейронов», которые активируются в зависимости от поступающих сигналов. Эта идея существует уже несколько десятилетий, но до недавнего времени ее реализовывали на обычной электронной элементной базе. Исследователи из МФТИ провели обширный обзор, в котором систематизировали последние достижения в области фотонных нейроморфных вычислений.

Исследователи из Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ совместно с коллегами из МИСиСа и Алферовского университета изучили, как форма наночастиц из дисульфида молибдена (MoS₂) влияет на эффективность генерации второй гармоники — процесса удвоения частоты света. Оказалось, что диски, цилиндры, конусы и сферы из этого материала по-разному усиливают оптический отклик.

Коллектив ученых из Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ и Университета ИТМО с коллегами создал самый маленький лазер в синем диапазоне из известных на сегодняшний день. Этот лазер станет прорывом в развитии технологий биомедицинской визуализации, оптического хранения данных, квантовой связи и высококачественных дисплеев.

Исследователи ЮФУ совместно с коллегами из НИУ ВШЭ (Санкт-Петербург) сделали важный шаг к созданию элементной базы для квантовых компьютеров и защищенных линий связи. Ученые выяснили, как поведение квантовых точек — наноразмерных структур, которые ведут себя подобно отдельным атомам, — зависит от рельефа поверхности, на которой они создаются. Исследования показывают, что одни и те же технологические приемы приводят к противоположным результатам на плоских и структурированных подложках. Это открытие позволяет точнее управлять свойствами наноструктур, которые станут основой для создания устройств будущего в среднесрочной перспективе.

Ученые из Института квантовых технологий МФТИ с коллегами синтезировали серию сульфидных нанокристаллов с использованием нового отечественного прекурсора и изготовили тонкие пленки на их основе. Это первое исследование оптических свойств таких пленок, что открывает новые возможности для создания компактных модовых синхронизаторов, Q-переключателей, оптических ограничителей для лазеров и генераторов высоких гармоник в ИК-диапазоне.

Ученые из Института радиотехники и электроники им. В. А. Котельникова РАН и МФТИ с коллегами впервые создали полную компьютерную модель сильного взаимодействия магнонов и фотонов в системе на основе железо-иттриевого граната и сверхвысокочастотного резонатора. Это исследование актуально для спинтронных и квантовых приложений, например для создания высокочувствительных сенсоров и элементов квантовых систем.

Слушатели узнают, может ли один препарат одновременно показать патологию на снимке и вылечить ее.

Исследователи разработали методику для сворачивания стекла в микроскопические трехмерные фотонные структуры. Физики назвали процесс фотонным оригами. Этот метод может обеспечить создание сложных оптических устройств для обработки данных, сенсорики и экспериментальной физики прямо на чипе, рядом с другими электронными компонентами.

Исследователи заставили свет двигаться с разной групповой скоростью в противоположных направлениях одной среды при сохранении амплитуды. Для этого им понадобился иттрий-железный гранат.

Ученые нашли эффективную конфигурацию фотонного кристалла с функциональной «стеной» под углом к волноводу. Созданная структура концентрирует свет в области, сравнимой с длиной волны излучения.

Международный коллектив ученых, куда вошли специалисты МФТИ, исследовал оптические свойства двумерных кристаллов дисульфида рения (ReS2) в зависимости от расположения и количества атомарных слоев в материале.

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.

Сотрудники Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ совместно с зарубежными коллегами из Испании, Великобритании, Швеции и Сингапура включая первооткрывателя двумерных материалов и нобелевского лауреата Константина Новосёлова впервые измерили гигантскую оптическую анизотропию в слоистых кристаллах дисульфида молибдена. Ученые предполагают, что подобные кристаллы дихалькогенидов переходных металлов придут на смену кремнию в фотонике. Двулучепреломление с гигантской разницей в коэффициентах преломления, свойственное этим веществам, позволит создать более быстродействующие и при этом миниатюрные оптические устройства.

Российский физик совместно с зарубежными коллегами изучил квантовые контакты между проводниками во внешнем осциллирующем поле и пришел к выводу, что для определенных видов контактов с увеличением частоты осцилляций ток становится равен нулю. Этот механизм может найти применение при создании элементной базы наноэлектроники.

Исследователи Сколтеха и их коллеги разработали две модели, хорошо воспроизводящие светоизлучающие характеристики полупроводниковых нанопластинок (наноплателетов), которые могут стать «строительными блоками» для оптоэлектроники будущего.

Традиционно флексоэлектрический эффект обнаруживается и изучается путем нанесения электродов на кристаллы специальной формы и дальнейшего приложения сильных электрических полей. Ученые ТУСУРа смогли измерить коэффициент, характеризующий флексоэлектрический эффект в кристалле титаната висмута под воздействием лазерного излучения, без приложения электрических полей. Результаты работы открывают большие перспективы по управляемому созданию требуемого распределения механических деформаций в кристаллических средах с помощью света и разработке все более миниатюрных устройств.

Российские и датские ученые впервые наблюдали в эксперименте плазмонную нанострую. Это явление позволяет сфокусировать свет на наномасштабе и в теории — обойти одно из фундаментальных ограничений обычной собирающей линзы. Подобное уплотнение световых волн необходимо, чтобы использовать их в качестве переносчика сигналов в компактных устройствах, которые будут работать быстрее электроники.

Ученым из Московского физико-технического института и Института физики микроструктур РАН удалось решить проблему генерации лазерного излучения дальнего инфракрасного диапазона в полупроводниковых структурах. Ключом к ее решению было использование квантовых ям теллурида кадмия-ртути. Эти соединения были давно известны в фотонике и электронике, однако их ключевая особенность для лазерных приложений оставалась нераскрытой.

Ученые из Центра фотоники и квантовых материалов Сколтеха разработали новый способ для тонкой настройки оптоэлектрических характеристик однослойных углеродных нанотрубок.

Исследователи из Сингапура и Австралии разработали фотонный квантово-информационный процессор, способный генерировать 16 вероятных сценариев будущего одновременно.

Исследователи из Калифорнийского технологического института (Калтех) разработали способ для поднятия и ускорения объектов при помощи одного только света, создавая на их поверхности особые наномасштабные паттерны.

Три квантовых «птицы» могут занимать две клетки, при этом ни в одной из них не будет две частицы.

Ученые создали самый чистый лазер, который может быть использован в гравитационно-волновых обсерваториях в космосе.

Исследователи из Массачусетского технологического института разработали способ шифрования и передачи звука при помощи лазерного луча прямо человеку в ухо — так, чтобы сообщение было слышно только ему.

Ученые продолжают исследовать свойства элементарных частиц. В ходе новых экспериментов с фотонами физики выявили некоторые их новые свойства.

Команда ученых из Австрии разработала простую квантовую сеть, основанную на квантовой запутанности, которую можно легко масштабировать для необходимого числа пользователей.

Международная команда исследователей сделала большой шаг к созданию оптического компьютера, который потенциально сможет разрабатывать новые лекарственные препараты и оптимизирует методы сбережения энергии.

Новое устройство, разработанное учеными из Дьюка, позволило свету огибать острые углы и практически избежать потерь на выходе.