Ingenieure an der Universität von Kalifornien San Diego haben ein Material entwickelt, das Signalverluste in photonischen Vorrichtungen verringern könnte. Der Fortschritt hat das Potenzial, die Effizienz verschiedener lichtbasierter Technologien, einschließlich LWL-Kommunikationssystemen, laserpointer kaufen und Photovoltaik, zu steigern.


Die Entdeckung gilt als eine der größten Herausforderungen auf dem Gebiet der Photonik: Minimierung des Verlustes optischer (Licht-basierter) Signale in Geräten, die als plasmonische Metamaterialien bekannt sind.

Plasmonische Metamaterialien sind Materialien, die im Nanometerbereich entwickelt wurden, um Licht auf ungewöhnliche Weise zu steuern. Sie können verwendet werden, um exotische Geräte von Unsichtbarkeit Mantel zu Quantencomputer zu entwickeln. Aber ein Problem mit Metamaterialien ist, dass sie typischerweise Metalle enthalten, die Energie aus Licht absorbieren und in Wärme umwandeln. Als Ergebnis wird ein Teil des optischen Signals verschwendet, was die Effizienz senkt.

In einer kürzlich veröffentlichten Studie in Nature Communications demonstrierte ein Team von Photonikforschern unter der Leitung des Elektrotechnikprofessors Shaya Fainman an der UC San Diego Jacobs School of Engineering einen Weg, diese Verluste auszugleichen, indem sie in das Metamaterial etwas eingebettet hat, Einen Halbleiter.

"Diese Komposition könnte theoretisch zu einer nulligen Absorption des Signals führen - einem" verlustfreien "Metamaterial", sagte Joseph Smalley, ein Elektrotechniker-Postdoktorand in Fainmans Gruppe Und der erste Autor der Studie.

In ihren Experimenten glänzten die Forscher Licht von einem Infrarot Blauer Laser auf das Metamaterial. Sie fanden heraus, dass je nach dem, wie das Licht polarisiert wird - welche Ebene oder Richtung (auf- und abwärts, Seite zu Seite) alle Lichtwellen vibrieren - das Metamaterial reflektiert oder emittiert Licht.

"Das ist das erste Material, das sich gleichzeitig als ein Metall und ein Halbleiter verhält." Wenn Licht auf eine Weise polarisiert wird, reflektiert das Metamaterial Licht wie ein Metall, und wenn Licht auf andere Weise polarisiert wird, absorbiert und strahlt das Metamaterial Licht einer anderen " Farbe 'wie ein Halbleiter ", sagte Smalley.

Forscher schufen das neue Metamaterial, indem es zuerst einen Kristall des Halbleitermaterials, genannt Indium-Galliumarsenidphosphid, auf einem Substrat wuchs. Sie benutzten dann hochenergetische Ionen aus dem Plasma, um schmale Gräben in den Halbleiter zu ätzen, wodurch 40 nm breite Reihen von Halbleitern mit einem Abstand von 40 Nanometern erzeugt wurden. Schließlich füllten sie die Schützengräben mit Silber, um ein Muster von alternierenden nanoskaligen Streifen aus Halbleitern und Silber zu erzeugen.




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