Крошечные оптические устройства меняют, как контролируется светом

Исследователи MIT разработали новую нанофотоническую платформу с использованием хрома сульфида бромида (CRSBR), слоистого квантового материала, который может трансформировать конструкцию современных оптических устройств.Это позволяет ультракомпактным эффективным компонентам, которые могут динамически переключать оптические режимы, что ранее трудно достичь в нанофотонике.

Ключевое преимущество CRSBR заключается в его сочетании магнитного упорядочения и сильного оптического отклика.Это позволяет непрерывно и обратимой настройку оптических свойств, используя скромные магнитные поля без механического движения или тепловых изменений.Эта настроение в сочетании с высоким показателем преломления позволяет создавать оптические структуры всего несколько нанометров толщиной, намного меньше, чем из обычных материалов.

Оптическое поведение материала обусловлено экситонами, квазичастицы образуются, когда свет волнует электрон, оставляя после себя положительно заряженную отверстие.Эти связанные пары сильно взаимодействуют со светом и очень реагируют на магнитные поля, что позволяет контролировать, как свет движется через материал.

В отличие от традиционных нанофотонических материалов, таких как кремний, нитрид кремния и диоксид титана, CRSBR предлагает значительные улучшения в двух ключевых областях, показатель преломления и настроение.Существующие материалы имеют относительно скромные индексы преломления, ограничивая степень, в которой они могут ограничивать свет и, таким образом, ограничивая, какими могут быть компактные устройства.Кроме того, их оптические свойства фиксируются после изготовления, что означает, что любое изменение обычно требует физического изменения структуры.

CRSBR преодолевает оба ограничения.Его большой показатель преломления обеспечивает более жесткое ограничение света, в то время как его магнитная чувствительность обеспечивает динамическое управление.Когда применяется магнитное поле, показатель преломления значительно сдвигается, позволяя устройствам переключаться между различными оптическими режимами без каких -либо движущихся частей.

Это сильное взаимодействие света также приводит к естественному образованию поляритонов, гибридным квазичастицам, которые сочетают в себе свойства света и материи.Эти поляритоны поддерживают усиленные нелинейные оптические эффекты и позволяют квантовому световому переносу даже без внешних оптических полостей.

До сих пор демонстрации использовали хлопья CRSBR, работающие при криогенных температурах до 132 келвинов.Тем не менее, материал совместим с существующими фотонными платформами и может использоваться в качестве настраиваемого компонента в будущих фотонных схемах.Это особенно многообещающе для применений в квантовом моделировании, нелинейной оптике и реконфигурируемых поляритонических системах, где работа в низкой температуре является приемлемой.

Продолжаются исследования, чтобы найти соответствующие материалы с более высокими температурами магнитного упорядочения, которые могут поддерживать работу в помещении и более широкое внедрение на практических устройствах