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光学共振器に入り込む液体結晶、将来のオプトエレクトロニックデバイス

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April, 8, 2021, Moscow--Skoltechの研究チームは、システムの光学特性を調べるために、内部に液晶をもつ2つの光学共振器からなるフォトニックデバイスを提案した。これは、将来世代のオプトエレクトロニクスやスピントロニックデバイスに役立てられる。研究成果は、Physical Review Bに発表された。

非常に簡素なその光学共振器は、直接対向する2つのミラーで構成されており、その間の光を「圧縮」する。液晶が非常に小さくて少し複雑な共振器の中にあると、興味深いことが起こりがちである。液晶分子の方向が、電流印加により変えられるので、研究者は、その共振器内部の光伝搬の様々な特性を制御することができた。ある意味で、われわれの日常生活で広範に使われている電子デバイスをフォトンを使ってシミュレートすることができた。

論文の筆頭著者、Pavel Kokhanchik (MSc学生)は「物理学における主要なトレンドの一つは、電子からフォトニックコンピューティングシステムへの移行。光の方が情報処理と転送速度を大幅に速くできるからである。また、潜在的にエネルギー消費が著しく低下するからである」とコメントしている。

研究チームは、液晶を満たしたそのような2つの光共振器が数マイクロメートルの距離に相互に近接されていると何が起きるかを観察した。単一の液晶マイクロキャビティ(共振器)に特有ではない新たな特性が明らかになると考えていた。これは、最近、ワルシャワ大学の研究チームと共同で調べた。

エンタングルする同じフォトン「プール」を共有する共振器は、2つの振り子のように動作する。これは、近接すると同期して同じ周波数を共有する。チームは、この場合、光が新たな特性を獲得することを確認した、これはいわゆるトポロジカル物理学の領域で研究されている。これらの特性は、微調整可能なので、デバイスは、物理系の数を増やす、これらは基礎研究や実用的用途の両方で再現可能である。

「われわれの研究は、フォトニックアナログ電子固体システムという大きな研究領域における1つの小さなステップである。基礎研究は、これらのデバイスのコンパクト化、産業規模でのチップ製造、日常的デバイスへの組込みが後に続くことは確かであるが、同時にこれは当面、かなり先の見通しである」とPavel Kokhanchikはコメントしている。

研究チームの計画では、論文で仮定されたリッチ物理学を証明するために実験的にダブル液晶キャビティを実装する。また、同様のダブルマイクロキャビティシステムの研究も継続し、光と物質の強力な結合領域でそれの研究を継続する。

(詳細は、https://www.skoltech.ru)