Свет в узорах: физики научились управлять потомками фотонов
В лабораториях российских университетов свет научили превращать в узоры без линз и фильтров. Устройство построено на сочетании зеркал, жидкого кристалла и тончайших перовскитных слоев. Компьютерное моделирование показало, что система способна формировать сложные полутоновые изображения. В будущем это позволит создавать компактные проекторы и новые оптические чипы.
Полина ТихоноваАвтор Hi-Tech Mail
Российские исследователи из МФТИ, СПбГУ и ВлГУ доказали, что свет можно заставить самопроизвольно выстраиваться в нужные рисунки. Для этого они собрали особый микрорезонатор, в котором объединили жидкие кристаллы и тончайшие пленки перовскита. Такая конструкция дала возможность управлять гибридными частицами света и материи — экситон-поляритонами — и формировать из них сложные картины с плавными оттенками и разной поляризацией.
Основой служат два зеркала высокого качества, между которыми размещен слой жидкого кристалла. Он обладает анизотропией: световые волны, ориентированные по-разному, проходят через материал с отличающимися скоростями. Это свойство позволило создать независимые каналы для ортогональных поляризаций. Чтобы поляритоны «чувствовали» эти каналы, внутрь поместили два сверхтонких перовскитных слоя толщиной порядка нескольких нм. Каждый расположен в точке, где электрическое поле «своей» поляризации максимально, а чужой — почти отсутствует. В итоге один слой взаимодействует только с X-компонентой, а другой — лишь с Y.
Дальше команда применяла метод топологической оптимизации — мощный вычислительный алгоритм, позволяющий рассчитать «энергетический ландшафт» для движения квазичастиц. В таких условиях свет начинает не просто отражаться или преломляться, а собираться в заданные узоры. На симуляциях удалось получить полутоновые изображения, напоминающие фотографии, а также геометрические фигуры, где каждая часть имела собственное состояние поляризации.
В отличие от прежних подходов, где приходилось травить микроструктуры или прикладывать внешние поля, новая схема заложена в самой архитектуре устройства. Жидкий кристалл задает постоянное различие для волн, а перовскиты усиливают взаимодействие. При этом система остается компактной: толщина зеркал всего несколько десятков нм, а вся полость имеет размеры порядка мкм.
Такая платформа открывает дорогу к созданию миниатюрных проекторов, оптических переключателей и элементов для квантовых технологий. Возможность кодировать информацию поляризацией повышает емкость каналов передачи данных и открывает для человека новые способы записи. В перспективе на подобных чипах можно будет строить фотонные нейросети, симуляторы квантовых систем и низкопороговые лазеры.
Следующий шаг — динамическое управление. Ученые планируют добавить электроды, чтобы менять ориентацию молекул жидкого кристалла внешним напряжением. Это позволит перепрограммировать устройство в реальном времени, подстраивая световые узоры под конкретные задачи. По сути речь идет о создании «квантового холста», где можно рисовать любой рисунок, управляя светом на наноуровне.
Ранее мы писали о том, что ученые научились «перематывать» время.
Поделиться
