Kada su u pitanju optički čipovi, nepravilnosti su zapravo poželjne – iznenađujući je nalaz koji su pronašli znanstvenici na institutu DTU Fotonik, koji izvrće poznatu činjenicu da optički čipovi moraju biti savršeni.
Optički se čip može koristiti za upravljanje informacijama u obliku svjetla, a njegova je funkcionalnost smještena u nekoliko tisućinki milimetra. Do sada je glavni problem bio taj što su male nesavršenosti bile pogubne za funkcioniranje optičkog čipa. Vladalo je opće uvjerenje kako male greške uništavaju funkcionalnost i kvare mogućnost ugradnje optičkog čipa u veće i složenije sklopove.
Grupa znanstvenika s Instituta DTU Fotonik preokrenula je nesavršenost čipa u prednost: nesavršene strukture na optičkom čipu mogu se koristiti za hvatanje svjetlosnih valova.
Znanstvenici su pokazali se, da kada je svjetlo ulovljeno nesavršenim čipom, interakcija svjetlosti i materije (atoma) povećava otprilike 15 puta. Ovo otkriće omogućava proizvodnju nove vrste optičkih čipova u kojima se nesavršenost koristi kao prednost, koja se može koristiti za povećanje učinkovitosti minijaturnih lasera, solarnih ćelija i senzora uključujući mogućnost razvoja kvantnih računala.
Na optičkim čipovima temeljenim na fotonskim kristalima pogreške je bilo nemoguće izbjeći. Iako je moderna nanotehnologija omogućila proizvodnju preciznih struktura, ipak je bilo nemoguće koristiti takve strukture u nekom stvarnom sustavu, a da se ne javljaju greške. Mijenjanjem udaljenosti između rupa u fotonskom kristalu i izostavljajući red rupa, stvara se valovod, koji može voditi svjetlost u željenom smjeru i pruža nove mogućnosti za kroćenje svjetlosti. Pravilno dizajnirani fotonski kristali omogućuju zaustavljanje svjetlosti, pa čak i kontrolu emisije svjetlosti.
Znanstvenici s Instituta DTU Fotonik izradili su optički čip u kojem su poremećaji u strukturi namjerno napravljeni. Bez poremećaja, svjetlost će se propagirati duž valovoda, dok prisustvo poremećaja mijenja tu sliku u potpunosti. Svjetlost koja naiđe na nepravilnosti se rasprši i zatim interferira s ostalim dijelovima svjetlosnog vala. Znanstvenici su za eksperimente koristili nano izvore svjetlosti u fotonskim kristalima (tzv. kvantne točke). Kvantna točka se može zamisliti kao jedan jedini atom koji emitira točno jedan po jedan foton. Znanstvenici su uspjeli napraviti “zamku” za fotone koje ona emitira.
Sposobnost lokalizacije svjetlosti je ključna za mnoge aplikacije, jer je svjetlost u mnogim kontekstima neuhvatljiva – propagira se brzinom od gotovo 300.000 km/s, što je vrlo korisno za prenošenje informacija, tj. za korištenje u optičkim komunikacijama. Nažalost, to također znači da je u interakciji s materijom svjetlost uglavnom neefikasna, što je problem za brojne primjene, npr. za solarne ćelije i optičke senzore ili za kvantnu informacijsku tehnologiju. Stvaranjem kvantne informacijske tehnologije omogućit će se primjena mnogih načina kodiranja i prijenosa informacija, koristeći zakone kvantne mehanike. To se može, između ostalog, koristiti za razmjenu 100% sigurnih kodiranih poruka ili, u konačnici, za kvantna računala koja mogu obavljati niz zadataka izračuna daleko učinkovitije nego današnja superračunala.
Upotrebu nesavršenih konstrukcija za hvatanje svjetlosnih valova predvidio je američki istraživač Philip W. Anderson koji je dobio Nobelovu nagradu za fiziku 1977. godine. Godine 1950., Philip W. Anderson je predvidio da transport elektrona može biti potisnut u jako neuređenim rešetkama. Ovaj se fenomen zove Andersonova lokalizacija. Događa se zbog činjenice da elektroni u svijetu kvantne mehanike imaju svojstva valova, te se na te valove može utjecati.
Za kvantnu informacijsku tehnologiju bitno je da se dobije spoj materije i svjetlosti na elementarnoj razini tako da, na primjer, jedan foton komunicira s jednim atomom. A upravo su to postigli znanstvenici na DTU Fotonik, tj. postigli su komunikaciju Andersonove lokalizirane šupljine i kvantne točke.
Izvor: sciencedaily.com
