Tutkijat ovat löytäneet uusia hiukkasia, jotka voisivat muodostaa perustan tulevaisuuden fotonipiireihin perustuvalle teknologiselle vallankumoukselle ja johtaa valoon perustuvien erittäin nopeiden laskentamenetelmien kehittämiseen. Laskenta perustuu nykyään elektroniikkaan, jossa elektronia käytetään tietojen koodaamiseen ja kuljettamiseen. Tietyistä perustavista rajoituksista, kuten energian menetyksestä resistiivisen lämmityksen aikana, odotetaan, että fotonit tulevat korvaamaan elektroneja ja tulevat olemaan futuristisia valoon perustuvia tietokoneita, jotka ovat paljon nopeampia ja tehokkaampia kuin elektroniset.
Exeterin yliopiston fyysikot ovat ottaneet tärkeän askeleen kohti tätä tavoitetta etsimällä uusia hiukkasia, jotka ovat puoliksi kevyitä, puoliaineita ja perivät useita grafeenista merkittäviä ominaisuuksia.
Mikä korvaa elektroniikan?
Tutkijoiden löytö avaa oven fotonisten piirien kehittämiselle, jotka käyttävät vaihtoehtoisia hiukkasia, joita kutsutaan massattomiksi Dirac-polaritoneiksi tietojen välittämiseksi elektronien sijaan.
Dirac-polaritonit ovat peräisin hunajakennojen metapinnoista, jotka ovat erittäin ohuita materiaaleja, jotka on suunniteltu nanomittakaavan rakenteilla, jotka ovat paljon pienempiä kuin valon aallonpituus.
Dirac-hiukkasten ainutlaatuinen ominaisuus on, että ne matkivat massattomia relativistisia hiukkasia, jolloin ne voivat liikkua erittäin tehokkaasti. Tämä tosiasia tekee grafeenista yhden johtavimmista materiaaleista, jotka ihminen tuntee.
Tällaisten materiaalien epätavallisista ominaisuuksista huolimatta niitä on kuitenkin erittäin vaikea hallita. Esimerkiksi grafeenissa on mahdotonta kytkeä sähkövirtoja päälle ja pois päältä yksinkertaisella sähköpotentiaalilla, mikä rajoittaa grafeenin potentiaalista käyttöä elektronisissa laitteissa. Exeterin yliopiston fyysikot ovat onnistuneesti voittaneet tämän perustavanlaatuisen puutteen - räätälöinnin puuttumisen.
Mainosvideo:
Tutkijat ovat osoittaneet, että upottamalla hunajakennojen metallipinnat kahden heijastavan peilin väliin ja muuttamalla etäisyyttä niiden välillä, on mahdollista virittää Dirac-polaritonien perusominaisuudet yksinkertaisella, hallittavalla ja palautuvalla tavalla. Tämä saavutettiin myös siksi, että Dirac-polaritonit ovat sekoitus valoa ja ainetta. Juuri tämä hybridi luonne mahdollistaa niiden perusominaisuuksien virittämisen manipuloimalla vain kevyttä komponenttia, jota ei voida tehdä grafeenissa.