O novo material fotônico da Universidade da Flórida Central supera as deficiências dos projetos topológicos atuais, que fornecem menos recursos e controle. O novo material também permite comprimentos de propagação muito maiores para pacotes de informações, minimizando as perdas de energia.
Materiais fotônicos estão sendo desenvolvidos por pesquisadores para permitir computação baseada em luz poderosa e eficiente
Pesquisadores da Universidade da Flórida Central estão desenvolvendo novos materiais fotônicos que podem um dia ser usados para permitir computação baseada em luz ultrarrápida e de baixo consumo de energia. Os materiais únicos referidos como isolantes topológicos, assemelham-se a fios que foram virados de dentro para fora, com o isolamento no interior e a corrente fluindo ao longo do exterior.
Para evitar o problema de superaquecimento que os circuitos cada vez menores de hoje encontram, isoladores topológicos podem ser incorporados em projetos de circuitos para permitir o empacotamento de mais poder de processamento em uma determinada área sem gerar calor.
O estudo mais recente dos pesquisadores, publicado em 28 de abril na revista Materiais da Natureza, apresentou um processo totalmente novo para criar os materiais que fazem uso de uma estrutura de treliça única e encadeada. O padrão de favo de mel vinculado foi gravado a laser em um pedaço de sílica, um material frequentemente usado para criar circuitos fotônicos, pelos pesquisadores.
Os nós do projeto permitem aos pesquisadores regular a corrente sem dobrar ou esticar os fios fotônicos, o que é necessário para direcionar o fluxo de luz e, portanto, as informações em um circuito.
O novo material fotônico supera as desvantagens dos projetos topológicos contemporâneos que ofereciam menos recursos e controle, ao mesmo tempo em que suportava comprimentos de propagação muito maiores para pacotes de informações, minimizando as perdas de energia.
Os pesquisadores prevêem que a nova abordagem de design introduzida pelos isoladores topológicos bimórficos levará a um afastamento das técnicas tradicionais de modulação, aproximando a tecnologia da computação baseada em luz da realidade.
Os isolantes topológicos também podem um dia levar a[{” attribute=””>quantum computing as their features could be used to protect and harness fragile quantum information bits, thus allowing processing power hundreds of millions of times faster than today’s conventional computers. The researchers confirmed their findings using advanced imaging techniques and numerical simulations.
“Bimorphic topological insulators introduce a new paradigm shift in the design of photonic circuitry by enabling secure transport of light packets with minimal losses,” says Georgios Pyrialakos, a postdoctoral researcher with UCF’s College of Optics and Photonics and the study’s lead author.
The next steps for the research include the incorporation of nonlinear materials into the lattice that could enable the active control of topological regions, thus creating custom pathways for light packets, says Demetrios Christodoulides, a professor in UCF’s College of Optics and Photonics and study co-author.
The research was funded by the Defense Advanced Research Projects Agency; the Office of Naval Research Multidisciplinary University Initiative; the Air Force Office of Scientific Research Multidisciplinary University Initiative; the U.S. National Science Foundation; The Simons Foundation’s Mathematics and Physical Sciences division; the W. M. Keck Foundation; the US–Israel Binational Science Foundation; U.S. Air Force Research Laboratory; the Deutsche Forschungsgemein-schaft; and the Alfried Krupp von Bohlen and Halbach Foundation.
Study authors also included Julius Beck, Matthias Heinrich, and Lukas J. Maczewsky with the University of Rostock; Mercedeh Khajavikhan with the University of Southern California; and Alexander Szameit with the University of Rostock.
Christodoulides received his doctorate in optics and photonics from Johns Hopkins University and joined UCF in 2002. Pyrialakos received his doctorate in optics and photonics from Aristotle University of Thessaloniki – Greece and joined UCF in 2020.
Reference: “Bimorphic Floquet topological insulators” by Georgios G. Pyrialakos, Julius Beck, Matthias Heinrich, Lukas J. Maczewsky, Nikolaos V. Kantartzis, Mercedeh Khajavikhan, Alexander Szameit, and Demetrios N. Christodoulides, 28 April 2022, Nature Materials.
DOI: 10.1038/s41563-022-01238-w
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