Традиционная фотоника — работа электронных схем на основе световых импульсов — использует практически те же материалы, что и кремниевая электроника. Это влечёт за собой массу недостатков, свойственных твердотельной электронике. Поэтому новое направление в виде гибкой фотоники на базе жидких кристаллов в сочетании с полимерами способно принести много выгод в область производства энергоэффективных и одновременно производительных чипов.

Обзор Intel Core Ultra 7 270K Plus — лучший Arrow Lake за полцены

Ryzen и DDR5-6000 на чипах Samsung — G.Skill даёт добро

Обзор Ryzen 9 9950X3D2: правильный 16-ядерник с 3D-кешем

Выбираем лучший игровой ноутбук до 100 000 рублей: сравнительное тестирование 7 интересных моделей

Обзор Intel Core Ultra 5 250K Plus, или Как Arrow Lake превратился в «топ за свои деньги»

72 полёта над Марсом: как Ingenuity пережил зиму, сбои и собственную миссию

Источник изображения: University of Ljubljana

Так, группа учёных из Люблянского университета (Словения) разработала своего рода оптический транзистор из капли жидкого кристалла и группы пластиковых волноводов. Такой транзистор изготавливается в процессе простейшей манипуляции. Для этого достаточно внести пипеткой каплю жидкости в каркас из волноводов. В ином случае оптический элемент в составе чипа для кремниевой фотоники потребовал бы целой серии технологических процессов, ни один из которых не мог бы похвастаться экологической чистотой.

Помещённая учёными в каркас из полимерных оптических волноводов капля жидкого кристалла содержала флуоресцентный краситель. Затем они возбуждали краситель лазерным импульсом очень малой мощности, вызывая внутри капли так называемый WGM-резонанс. Мощности импульса света не хватало фотонам, чтобы выйти из капли, и они многократно отражались от её стенок (границы раздела сред). В этом было огромное преимущество перед обычной кремниевой фотоникой, где импульсы света на два порядка мощнее.

Второй импульс света другого цвета (иной длины волны) также малой мощности создавал эффект усиления, поучая дополнительную энергию от резонирующих фотонов. И этот своеобразный оптический переключатель испускал импульс света с задержкой после приёма первого импульса. Причём длительность задержки определялась тем, когда именно в систему был подан второй импульс. На лицо возможность управления оптическим выходом и при этом с предельно малой мощностью сигнала, недоступной для традиционной кремниевой фотоники.

Учёные подчёркивают, что преимущества мягких полимерных материалов проявляются не только в радикальном снижении энергопотребления — более чем в 100 раз по сравнению с предыдущими фотонными технологиями, но и в простоте изготовления элементов схем. Жидкий кристалл можно ввести в устройство за доли секунды при низких температурах, а полимерные волноводы позволяют создавать гибкие и крайне необычные геометрические формы, недоступные для жёсткого кремния. Тем самым жидкие кристаллы расширяют пространство для появления интересных инженерных решений, включая разнообразные формы полостей и интеграцию в сложные оптические схемы.

Хотя технология пока не конкурирует с современными нейронными сетями на кремнии, она закладывает фундамент для полностью оптических логических вентилей, фотонных процессоров и нейронных сетей будущего. Долгосрочные перспективы включают создание сверхбыстрых и сверхэкономичных вычислительных систем с минимальными потерями энергии. В целом мягкая фотоника обещает революцию в оптических технологиях, сочетая простоту производства, гибкость и высокую производительность.

Команда учёных опубликовала в журнале Nature Communications информацию о новом микрофотонном многофункциональном метаматериале на основе полимера (Polymer-based Micro-photonic Multi-functional Metamaterial, PMMM). Коэффициент светопропускания нового материала составляет 95 % по сравнению с 91 % у большинства стёкол. Также PMMM самоочищается и отражает инфракрасные волны, поддерживая температуру в помещении на 6 °C ниже, чем снаружи.

Ryzen и DDR5-6000 на чипах Samsung — G.Skill даёт добро

72 полёта над Марсом: как Ingenuity пережил зиму, сбои и собственную миссию

Обзор Ryzen 9 9950X3D2: правильный 16-ядерник с 3D-кешем

Обзор Intel Core Ultra 5 250K Plus, или Как Arrow Lake превратился в «топ за свои деньги»

Выбираем лучший игровой ноутбук до 100 000 рублей: сравнительное тестирование 7 интересных моделей

Обзор Intel Core Ultra 7 270K Plus — лучший Arrow Lake за полцены

Источник изображений: Gan Huang, KIT

PMMM представляет собой тонкую плёнку, которую можно наклеить на поверхность обычного стекла. Свои особые свойства он приобретает благодаря микроскопической структуре поверхности, на которой выгравирован узор из пирамидок шириной всего 10 микрон каждая. Этот узор рассеивает 73 % падающего на плёнку света, что делает поверхность визуально матовой, при этом коэффициент светопропускания PMMM составляет 95 % по сравнению с 91 % у большинства стёкол.

Разработчики утверждают, что новый материал обеспечивает более комфортное освещение не только для людей, но и для растений. «Этот материал позволяет создавать освещённые, безбликовые и обеспечивающие конфиденциальность внутренние помещения для работы и проживания, — утверждает ведущий исследователь Ган Хуанг (Gan Huang). — В теплицах высокий коэффициент пропускания света может повысить урожайность, поскольку эффективность фотосинтеза на 9 % выше, чем в теплицах со стеклянной крышей».

PMMM также обладает способностью отражать инфракрасное излучение, охлаждая помещение за счёт так называемого «радиационного охлаждения». Использование нового материала способно, по утверждению создателей, снизить температуру в помещении на 6 °C по сравнению с температурой окружающей среды.

Разработчики также сообщают о способности PMMM к самоочищению. Выгравированные микроскопические пирамидки обеспечивают материалу гидрофобные свойства, удерживая тончайший слой воздуха, из-за чего капли воды (дождь, роса) скатываются, унося с собой пыль и грязь.

«Этот материал может одновременно оптимизировать использование солнечного света в помещении, обеспечить пассивное охлаждение и снизить зависимость от кондиционирования воздуха, — уверен Хуанг. — Решение масштабируемо и может быть легко интегрировано в планы экологически чистого строительства зданий и городского развития».