Die Manipulation von Nanolicht bietet neue Perspektiven für Quantencomputer und Wärmemanagement

Eine aktuelle Studie von Forschern der University of Minnesota in Twin Cities liefert grundlegende Erkenntnisse darüber, wie Licht, Elektronen und Kristallschwingungen in Materialien interagieren. Diese Forschung hat Auswirkungen auf die Entwicklung von On-Chip-Architekturen für die Quanteninformationsverarbeitung, wodurch Herstellungsbeschränkungen und Wärmemanagement erheblich reduziert werden.

Das Forschungsgebiet, das sogenannte „ebene hyperbolische Polaritonen“ untersucht, ist neu und erst wenige Jahre alt. Der Forschungsartikel, veröffentlicht in NaturkommunikationBietet einen Überblick über den aktuellen Stand des Feldes, erkundet potenzielle Möglichkeiten für weitere Erkundungen und zeigt zukünftige Möglichkeiten auf.

Polaritonen bezeichnen ein Hybridteilchen, das durch die Wechselwirkung zwischen Licht (Photonen) und Materie (Exzitonen, Phononen, Plasmonen) entsteht. Hyperbolisch bezieht sich auf die spezifische Dispersion, die beschreibt, wie sich die Wellenlänge des Polaritons mit der einfallenden Frequenz (Energie) in diesen Materialien ändert, was die Manipulation von Licht in bestimmte Richtungen ermöglichen kann. Durch die Kombination dieser beiden Faktoren versuchen Forscher, das Licht in eine genau definierte Richtung zu manipulieren.

Als einfaches Beispiel für diese Theorie kann eine Glühbirne dienen. Wenn Sie einen Schalter betätigen, strahlt das Licht der Glühbirne ein breites Spektrum an Wellenlängen aus, die in alle Richtungen gestreut werden, da der Raum in alle Richtungen die gleichen Eigenschaften hat. Einige Materialien können jedoch Licht im zweidimensionalen Raum manipulieren. In diesem Beispiel würde die Glühbirne wie ein Laser in eine genau definierte Richtung strahlen, sobald Sie den Schalter betätigen.

„Durch die Manipulation der Eigenschaften hyperbolischer Polaritonen können wir versuchen, neue Anwendungen und Fortschritte in verschiedenen Branchen zu erschließen, beispielsweise Polariton-Qubits (Grundeinheiten der Quanteninformation) für einen kompakten Quantencomputer“, sagte Tony Low, Hauptautor der Studie und der Paul Palmberg-Professor am Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik der University of Minnesota.

„Andere potenzielle Anwendungen dieser Forschung könnten die Verbesserung des Wärmemanagements in bestimmten Geräten, beispielsweise einem Transistor, sein“, sagte Joshua Caldwell, Hauptautor der Studie und Professor an der Vanderbilt University.

Das Forschungsteam lieferte Einblicke in physikalische Phänomene, einschließlich Techniken zur Manipulation hyperbolischer Polaritonen.

Zum Forschungsteam gehörten neben Low und Caldwell auch Hongwei Wang (University of the Twin Cities of Minnesota), Anshuman Kumar (IIT Bombay), Siyuan Dai (Auburn University), Xiao Lin (Zhejiang University) und Zubin Jacob (University Purdue). , Sang-Hyun Oh (University of the Twin Cities of Minnesota), Vinod Menon (New York University), Evgenii Narimanov (Purdue University) und Young Duck Kim (Kyung Hee University), Jian-Ping Wang (University of the Twin Cities of Minnesota), Phaedon Avouris (Universität der Twin Cities of Minnesota) und Luis Martin Moreno (Universität Zaragoza).