El nuevo material fotónico de la Universidad de Florida Central supera las deficiencias de los diseños de topología actuales, que ofrecen menos funcionalidad y control. El nuevo material también permite longitudes de propagación mucho más largas para los paquetes de información al minimizar las pérdidas de energía.
Los investigadores están desarrollando materiales fotónicos para permitir una computación potente y eficiente basada en la luz.
Investigadores de la Universidad de Florida Central están desarrollando nuevos materiales fotónicos que algún día podrían usarse para habilitar la computación basada en luz ultrarrápida y de bajo consumo. Los materiales únicos llamados aisladores topológicos parecen cables que se han dado la vuelta, con el aislamiento en el interior y la corriente fluyendo en el exterior.
Para evitar el problema de sobrecalentamiento al que se enfrentan los circuitos cada vez más pequeños de la actualidad, se podrían incorporar aisladores topológicos en los diseños de circuitos para permitir que se almacene más potencia de procesamiento en un área determinada sin generar calor.
El estudio más reciente de los investigadores, publicado el 28 de abril en la revista Materiales naturales, mostró un proceso de creación de materiales completamente nuevo utilizando una estructura de celosía de panal encadenada única. Los investigadores grabaron con láser el patrón de panal vinculado en una pieza de sílice, un material que se usa a menudo para crear circuitos fotónicos.
Los nodos del diseño permiten a los investigadores regular la corriente sin doblar ni estirar los cables fotónicos, lo cual es necesario para dirigir el flujo de luz y, por lo tanto, de información a través de un circuito.
El nuevo material fotónico supera los inconvenientes de los diseños de topología contemporáneos que ofrecían menos funcionalidad y control al tiempo que admitían longitudes de propagación mucho más largas para los paquetes de información al minimizar las pérdidas de energía.
Los investigadores predicen que el nuevo enfoque de diseño introducido por los aisladores topológicos bimorfos conducirá a una desviación de las técnicas de modulación tradicionales, acercando la tecnología de la computación basada en la luz un paso más a la realidad.
Los aisladores topológicos también podrían conducir algún día 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