科学家设计新材料以利用光能

2018年12月18日17:45:00 发表评论
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科学家们早就知道合成材料 – 称为超材料 – 可以操纵可见光等电磁波,使它们以自然界中无法找到的方式运行。这导致了超高分辨率成像等突…

科学家们早就知道合成材料 - 称为超材料 - 可以操纵可见光等电磁波,使它们以自然界中无法找到的方式运行。这导致了超高分辨率成像等突破。现在,麻省大学洛威尔分校是一个研究团队的一员,该团队正在将光学技术应用到一个新的方向。

该团队 - 包括来自麻省大学洛威尔分校,伦敦国王学院,巴黎狄德罗大学和哈特福德大学的合作者 - 创造了一种新的超材料,可以“调整”以改变光的颜色。这项技术有朝一日可以在计算机处理器中实现片上光通信,从而实现更小,更快,更便宜和更节能的计算机芯片,具有更宽的带宽和更好的数据存储,以及其他改进。片上光通信还可以创建更有效的光纤通信网络。

“今天的计算机芯片使用电子进行计算。电子很好,因为它们很小,”物理和应用物理系的Viktor Podolskiy教授说,他是麻省大学洛威尔校区的首席研究员。“然而,电子的频率不够快。光是微小粒子的组合,称为光子,没有质量。因此,光子可能会提高芯片的处理速度。”

Podolskiy解释说,通过将电信号转换成光脉冲,片上通信将取代传统硅芯片上的过时铜线。这将实现芯片到芯片的光通信,并最终实现同一芯片上的核心到核心通信。

“最终的结果将是消除通信瓶颈,使并行计算变得更快,”他说,并补充说光子的能量决定了光的颜色。“绝大多数日常物品,包括镜子,镜头和光纤,都可以引导或吸收这些光子。但是,有些材料可以将多个光子结合在一起,从而产生更高能量和不同颜色的新光子。”

Podolskiy说,实现光子的相互作用是信息处理和光学计算的关键。“不幸的是,这种非线性过程非常低效,而促进光子相互作用的合适材料非常罕见。”

Podolskiy和研究团队发现,几种具有较差非线性特性的材料可以组合在一起,形成一种新的超材料,展现出所需的最先进的非线性特性。

“这种增强来自于超材料重塑光子流的方式,”他说。“这项工作为控制材料的非线性响应开辟了一条新的方向,并可能在片上光学电路中找到应用,大大改善了片上通信。

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