Metamaterialer, kvanteprikker viser løfte om nye teknologier

(Phys.org) - Forskere er på vej mod skabelsen af ​​nye optiske teknologier ved hjælp af "nanostrukturerede metamaterialer", der er i stand til ultra-effektiv transmission af lys, med potentielle applikationer, herunder avancerede solceller og kvanteberegning.

Metamaterialet - lag af sølv og titaniumoxid og små komponenter kaldet kvantepunkter - ændrer lysets egenskaber dramatisk. Lyset bliver "hyperbolisk, " hvilket øger outputtet af lys fra kvanteprikkerne.

Sådanne materialer kan finde anvendelse i solceller, lysemitterende dioder og kvanteinformationsbehandling langt kraftigere end nutidens computere.

"Ændring af overfladens topologi ved at bruge metamaterialer giver en fundamentalt ny vej til at manipulere lys, " sagde Evgenii Narimanov, en Purdue University lektor i elektro- og computerteknik.

Resultaterne blev beskrevet detaljeret i et forskningspapir offentliggjort 13. april i tidsskriftet Videnskab .

Sådanne metamaterialer kunne gøre det muligt at bruge enkelte fotoner - de små partikler, der udgør lyset - til at skifte og dirigere i fremtidige computere. Mens brug af fotoner ville dramatisk fremskynde computere og telekommunikation, konventionelle fotoniske enheder kan ikke miniaturiseres, fordi lysets bølgelængde er for stor til at passe i små komponenter, der er nødvendige for integrerede kredsløb.

"For eksempel, bølgelængden brugt til telekommunikation er 1,55 mikron, hvilket er omkring 1, 000 gange for stor til nutidens mikroelektronik, " sagde Narimanov.

Nanostrukturerede metamaterialer, imidlertid, kunne gøre det muligt at reducere størrelsen af ​​fotoner og lysets bølgelængde, tillader skabelsen af ​​nye typer nanofotoniske enheder, han sagde.

Arbejdet var et samarbejde mellem forskere fra Queens og City Colleges fra City University of New York (CUNY), Purdue University, og University of Alberta. Den eksperimentelle undersøgelse blev ledet af CUNY-teamet, mens det teoretiske arbejde blev udført i Purdue og Alberta.

Science paper er forfattet af CUNY-forskere Harish N.S. Krishnamoorthy, Vinod M. Menon og Ilona Kretzschmar; University of Alberta forsker Zubin Jacob; og Narimanov. Zubin er en tidligere Purdue ph.d.-studerende, der arbejdede med Narimanov.

Tilgangen kan hjælpe forskere med at udvikle "kvanteinformationssystemer" langt mere kraftfulde end nutidens computere. Sådanne kvantecomputere ville drage fordel af et fænomen beskrevet af kvanteteorien kaldet "entanglement". I stedet for kun tilstandene et og nul, der er mange mulige "sammenfiltrede kvantetilstande" imellem.