Fotonisk bær-krumning i dobbelte flydende krystal-mikrohulrum med brudt inversionssymmetri

Forskere ved Skoltech og deres kolleger foreslog en fotonisk enhed fra to optiske resonatorer med flydende krystaller inde i dem for at studere optiske egenskaber af dette system, der kan være nyttige for fremtidige generationer af optoelektroniske og spinoptroniske enheder. Artiklen blev offentliggjort i tidsskriftet Fysisk gennemgang B .

Den enkleste form for optisk resonator består af to spejle direkte overfor hinanden, "klemmer" lys mellem dem. Når du står inde i en spejlresonator, du ser uendelige kopier af dig selv i spejlene; når en flydende krystal - den slags i din computer og smartphone skærm - er placeret i en meget mindre og lidt mere kompleks resonator, interessante ting plejer at ske. Da orienteringen af ​​flydende krystalmolekyler kan ændres ved at påføre en elektrisk strøm, forskere var i stand til at kontrollere forskellige karakteristika for lysudbredelse inde i resonatoren og, i en eller anden forstand, simulere driften af ​​elektroniske enheder, der er meget brugt i vores liv ved hjælp af fotoner.

"En af de vigtigste tendenser i fysik nu er overgangen fra elektroniske til fotoniske computersystemer, da sidstnævnte er i stand til betydeligt at øge hastigheden for behandling og transmission af information, samt potentielt at reducere energiforbruget markant. Det er grunden til, at undersøgelser af forskellige former for afstembare fotoniske arkitekturer, der efterligner egenskaberne ved elektroniske analoger, tiltrækker stor interesse, " siger Pavel Kokhanchik, Kandidatstuderende på Skoltech og avisens første forfatter.

Kokhanchik, Skoltech-professor Pavlos Lagoudakis og deres kolleger besluttede at se, hvad der sker, hvis to sådanne optiske resonatorer fyldt med flydende krystaller blev placeret meget tæt på hinanden, i en afstand af flere mikrometer. Forskerne forventede at afsløre nye egenskaber, der ikke er iboende i et enkelt flydende krystal-mikrohulrum (resonator), som blev undersøgt i samarbejde med kolleger fra universitetet i Warszawa for nylig.

Resonatorerne, deler den samme "pulje" af fotoner, som vikler dem ind, opfører sig som to penduler, hvilken, når de er i nærheden, vil synkronisere for at dele den samme frekvens. Holdet fandt, at i dette tilfælde, lys får nye egenskaber, studeret i et felt kaldet topologisk fysik. Disse egenskaber kan finjusteres, så enheden øger antallet af fysiske systemer, der kan efterlignes både til grundlæggende studier og til praktisk brug.

"Vores arbejde er kun et lille skridt i det enorme forskningsfelt af fotoniske analoger af elektroniske solid state-systemer. Grundlæggende forskning vil helt sikkert blive fulgt af komprimeringen af ​​disse enheder, deres produktion på en chip i industriel skala, og deres integration i hverdagens enheder, men i øjeblikket er dette en ret fjern udsigt, " bemærker Pavel Kokhanchik.

Forskerne planlægger at implementere et dobbelt flydende krystalhulrum eksperimentelt for at demonstrere den rige fysik, der postuleres i papiret. De vil også fortsætte forskningen i lignende dobbelte mikrohulrumssystemer og studere dem i lys-stof-stærke koblingsregimet.