Onderzoekers van Skoltech en hun collega's stelden een fotonisch apparaat voor van twee optische resonatoren met vloeibare kristallen erin om optische eigenschappen van dit systeem te bestuderen die nuttig kunnen zijn voor toekomstige generaties opto-elektronische en spinoptronische apparaten. Het artikel is gepubliceerd in het tijdschrift Fysieke beoordeling B .

De eenvoudigste soort optische resonator bestaat uit twee spiegels recht tegenover elkaar, "knijpen" licht tussen hen. Als je in een spiegelresonator staat, je ziet oneindig veel kopieën van jezelf in de spiegels; wanneer een vloeibaar kristal - het soort op je computer- en smartphonescherm - in een veel kleinere en wat complexere resonator wordt geplaatst, interessante dingen gebeuren. Aangezien de oriëntatie van de vloeibaar-kristalmoleculen kan worden veranderd door een elektrische stroom aan te leggen, onderzoekers waren in staat om verschillende kenmerken van lichtvoortplanting in de resonator te controleren en, In zekere zin, simuleren de werking van elektronische apparaten die veel worden gebruikt in ons leven met behulp van fotonen.

"Een van de belangrijkste trends in de natuurkunde is nu de overgang van elektronische naar fotonische computersystemen, aangezien deze de snelheid van het verwerken en verzenden van informatie aanzienlijk kunnen verhogen, en om het energieverbruik mogelijk aanzienlijk te verminderen. Dat is de reden waarom studies van verschillende soorten afstembare fotonische architecturen die de eigenschappen van elektronische analogen nabootsen grote belangstelling trekken, " zegt Pavel Kokhanchik, MSc-student aan Skoltech en de eerste auteur van de paper.

Kokhanchik, Skoltech-professor Pavlos Lagoudakis en hun collega's besloten om te kijken wat er gebeurt als twee van dergelijke optische resonatoren gevuld met vloeibare kristallen heel dicht bij elkaar zouden worden geplaatst, op een afstand van enkele micrometers. De onderzoekers verwachtten nieuwe eigenschappen te onthullen die niet inherent zijn aan een enkele microholte met vloeibare kristallen (resonator), die onlangs werd onderzocht in samenwerking met collega's van de Universiteit van Warschau.

de resonatoren, dezelfde "pool" van fotonen delen die ze verstrikt, gedragen zich als twee slingers, die, wanneer ze in de buurt worden geplaatst, wordt gesynchroniseerd om dezelfde frequentie te delen. Het team vond dat in dit geval, licht krijgt nieuwe eigenschappen, gestudeerd op een gebied dat topologische fysica wordt genoemd. Deze eigenschappen kunnen worden verfijnd, dus het apparaat vergroot het aantal fysieke systemen dat kan worden nagebootst, zowel voor fundamentele studies als voor praktisch gebruik.

"Ons werk is slechts een kleine stap in het enorme onderzoeksgebied van fotonische analogen van elektronische solid-state systemen. Fundamenteel onderzoek zal zeker worden gevolgd door de verdichting van deze apparaten, hun productie op een chip op industriële schaal, en hun integratie in alledaagse apparaten, maar op dit moment is dit een vrij ver vooruitzicht, ' merkt Pavel Kokhanchik op.

De wetenschappers zijn van plan om experimenteel een dubbele vloeibaar-kristalholte te implementeren om de rijke fysica te demonstreren die in het artikel wordt gepostuleerd. Ze zullen ook doorgaan met het onderzoek naar soortgelijke dubbele microcavity-systemen en deze bestuderen in het licht-materie sterke koppelingsregime.