Для оптического компьютера будущего создали магнитофотонный кристалл

Российские физики получили магнитофотонный кристалл, который помогает эффективно управлять интенсивностью отраженного света. Исследователям с помощью магнитного поля удалось изменять интенсивность оптического пучка, отраженного в конкретной точке, на 19%, то есть делать его сильнее или слабее.


Этот эффект можно будет использовать в оптических компьютерах, где информация кодируется потоком фотонов (частиц света), а не электронов, как в существующих устройства, сообщили в пресс-службе Российского научного фонда.


На сегодняшний день активно развиваются оптические (фотонные) компьютеры, в которых информация будет обрабатываться с помощью света, а не электронов. Для работы таких компьютеров необходимы компактные устройства, которые изменяют свойства света, например, благодаря эффекту Гуса-Хенхен. При этом явлении свет, падающий на поверхность, отражается не только в точке, в которую упал, но и в другом месте, отстоящем примерно на 500 нанометров (расстоянии, сопоставимом с размером мельчайших бактерий). 

Чтобы усилить такой эффект, ученые используют фотонные кристаллы — многослойные объекты, способные «удерживать» свет внутри себя на доли микросекунд и благодаря этому «отодвигать» точку отражения света еще дальше — вплоть до нескольких миллиметров. При этом, чтобы научиться точно управлять «сдвигом» при отражении света и интенсивностью получаемого луча, нужны фотонные кристаллы из разных активных материалов, которые меняют свои свойства под действием, например, магнитных полей.

В Московском государственном университете имени М.В. Ломоносова изготовили магнитофотонный кристалл, в котором интенсивность отраженного света можно настраивать с помощью магнитного поля. 

Для этого физики нанесли тонкий слой магнитного материала на основе висмута, иттрия и железа, на фотонный кристалл, состоящий из слоев оксида кремния и тантала. Именно благодаря такому покрытию у фотонного кристалла появилась возможность менять свойства света в магнитном поле.

Исследователи направили на полученный образец лазерный луч и с помощью датчика измерили, куда именно падает пучок света и где затем отражается. Ученые увидели два пучка: первый отразился от поверхности кристалла ровно в точке, куда падал луч, а место отражения второго сместилось на десятки микрометров из-за «захвата» света внутри кристалла.

Оказалось, что интенсивностью этих двух пучков можно управлять с помощью внешнего магнитного поля, делая лучи сильнее или слабее. Кроме того, авторам удалось на 19% изменить интенсивность свечения зоны между двумя лучами — прямым отраженным и смещенным. Это означает, что магнитофотонный кристалл в перспективе сможет кодировать разную информацию с помощью оптического излучения, меняющегося под действием магнитного поля. Такие магнитофотонные кристаллы смогут стать модуляторами — элементами для обработки данных — в фотонных компьютерах будущего.

«В дальнейшем мы планируем изготовить магнитофотонный кристалл с еще большей "задержкой" света в магнитном слое, чтобы увеличить эффект сдвига пучков и еще больше изменить интенсивность свечения в области между отраженными пучками при включении магнитного поля. Для этого можно будет попробовать новые магнитооптические материалы для фотонного кристалла и оптимизировать его размеры для лучшего захвата света внутри себя», — рассказал руководитель проекта Александр Фролов, кандидат физико-математических наук, научный сотрудник кафедры нанофотоники физического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова.

Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в журнале ACS Photonics.