Ученые обнаружили новые частицы, которые могут лечь в основу будущей технологической революции, основанной на фотонных схемах, и привести к развитию сверхбыстрых вычислительных методов на базе света. В настоящее время вычисления базируются на электронике, когда электроны используются для кодирования и переноса информации. Из-за определенных фундаментальных ограничений, таких как потеря энергии в процессе резистивного нагрева, ожидается, что на замену электронам придут фотоны и появятся футуристические компьютеры на основе света, которые будут много быстрее и эффективнее электронных.
Физики из Университета Эксетера предприняли важный шаг в направлении этой цели, обнаружив новые частицы, которые состоят наполовину из света, наполовину из вещества и которые наследуют ряд примечательных свойств графена.
Что придет на смену электронике?
Открытие ученых открывает двери разработкам фотонных схем, задействующих альтернативные частицы, известные как безмассовые поляритоны Дирака, для передачи информации вместо электронов.
Поляритоны Дирака возникают в сотовых метаповерхностях, которые представлены сверхтонкими материалами, спроектированными с наномасштабными структурами, которые намного меньше длины волны свет.
Уникальное свойство частиц Дирака в том, что они имитируют релятивистские частицы без массы, позволяя им путешествовать очень эффективно. Этот факт делает графен одним из самых проводящих материалов, известных человеку.
Однако, несмотря на необычные свойства таких материалов, их крайне тяжело контролировать. К примеру, в графене невозможно включать и отключать электрические токи, используя простой электрический потенциал, что ограничивает потенциальное применение графена в электронных устройствах. Этот фундаментальный недостаток — отсутствие настраиваемости — был успешно преодолен физиками из Университета Эксетера.
Ученые показали, что за счет встраивания сотовых метаповерхностей между двумя отражающими зеркалами и изменения расстояния между ними, можно настроить фундаментальные свойства поляритонов Дирака простым, управляемым и обратимым образом. Добиться этого удалось и потому, что поляритоны Дирака представляют собой смесь компонентов света и материи. Именно этот гибридный характер позволяет настраивать их фундаментальные свойства, манипулируя только световой составляющей, что невозможно сделать в графене.
Илья Хель
