(Phys.org) -- Onderzoekers zijn op weg naar de creatie van nieuwe optische technologieën met behulp van "nanogestructureerde metamaterialen" die in staat zijn tot ultra-efficiënte transmissie van licht, met potentiële toepassingen, waaronder geavanceerde zonnecellen en kwantumcomputers.

Het metamateriaal - lagen zilver en titaniumoxide en minuscule componenten die kwantumstippen worden genoemd - verandert de eigenschappen van licht drastisch. Het licht wordt "hyperbolisch, " waardoor de lichtopbrengst van de kwantumstippen toeneemt.

Dergelijke materialen kunnen toepassingen vinden in zonnecellen, lichtemitterende diodes en de verwerking van kwantuminformatie veel krachtiger dan de huidige computers.

"Het veranderen van de topologie van het oppervlak door metamaterialen te gebruiken, biedt een fundamenteel nieuwe manier om licht te manipuleren, " zei Jevgenii Narimanov, een Purdue University universitair hoofddocent elektrische en computertechniek.

De bevindingen werden gedetailleerd beschreven in een onderzoekspaper dat op 13 april in het tijdschrift werd gepubliceerd Wetenschap .

Dergelijke metamaterialen zouden het mogelijk kunnen maken om enkele fotonen - de kleine deeltjes waaruit licht bestaat - te gebruiken voor schakelen en routeren in toekomstige computers. Terwijl het gebruik van fotonen computers en telecommunicatie drastisch zou versnellen, conventionele fotonische apparaten kunnen niet worden geminiaturiseerd omdat de golflengte van licht te groot is om in kleine componenten te passen die nodig zijn voor geïntegreerde schakelingen.

"Bijvoorbeeld, de voor telecommunicatie gebruikte golflengte is 1,55 micron, dat is ongeveer 1, 000 keer te groot voor de hedendaagse micro-elektronica, ' zei Narimanov.

Nanogestructureerde metamaterialen, echter, zou het mogelijk kunnen maken om de grootte van fotonen en de golflengte van licht te verminderen, waardoor de creatie van nieuwe soorten nanofotonische apparaten mogelijk is, hij zei.

Het werk was een samenwerking van onderzoekers van Queens en City Colleges van City University of New York (CUNY), Purdue universiteit, en Universiteit van Alberta. De experimentele studie werd geleid door het CUNY-team, terwijl het theoretische werk werd uitgevoerd in Purdue en Alberta.

De Science-paper is geschreven door CUNY-onderzoekers Harish N.S. Krishnamoorthy, Vinod M. Menon en Ilona Kretzschmar; Onderzoeker Zubin Jacob van de Universiteit van Alberta; en Narimanov. Zubin is een voormalig Purdue-doctoraatsstudent die met Narimanov werkte.

De aanpak zou onderzoekers kunnen helpen bij het ontwikkelen van 'kwantuminformatiesystemen' die veel krachtiger zijn dan de huidige computers. Dergelijke kwantumcomputers zouden profiteren van een fenomeen beschreven door de kwantumtheorie dat 'verstrengeling' wordt genoemd. In plaats van alleen de toestanden één en nul, er zijn veel mogelijke "verstrengelde kwantumtoestanden" daartussenin.