Piccoli dispositivi ottici cambiano il modo in cui la luce è controllata

I ricercatori del MIT hanno sviluppato una nuova piattaforma nanofotonica utilizzando il bromuro di solfuro di cromo (CRSBR), un materiale quantico a strati che potrebbe trasformare il design di moderni dispositivi ottici.Ciò consente componenti efficienti ultracompatti che possono cambiare dinamicamente le modalità ottiche, qualcosa di difficile da raggiungere in nanofotonica.

Il vantaggio chiave di CRSBR risiede nella sua combinazione di ordinazione magnetica e forte risposta ottica.Consente una sintonizzazione continua e reversibile delle proprietà ottiche utilizzando campi magnetici modesti senza movimento meccanico o cambiamenti termici.Questa sintonizzazione combinata con un alto indice di rifrazione consente la creazione di strutture ottiche di spessore di pochi nanometri, molto più piccoli di quelli realizzati con materiali convenzionali.

Il comportamento ottico del materiale è guidato da eccitoni, le quasiparticelle si sono formate quando la luce eccita un elettrone che lascia dietro un buco caricato positivamente.Queste coppie legate interagiscono fortemente con la luce e sono altamente sensibili ai campi magnetici, rendendo possibile il controllo di come la luce si muove attraverso il materiale.

A differenza dei tradizionali materiali nanofotonici come silicio, nitruro di silicio e biossido di titanio, CRSBR offre miglioramenti significativi in due aree chiave, indice di rifrazione e sintonizzabilità.I materiali esistenti hanno indici di rifrazione relativamente modesti, limitando il grado in cui possono limitare la luce e limitare così come possono essere i dispositivi compatti.Inoltre, le loro proprietà ottiche sono fissate dopo la fabbricazione, il che significa che qualsiasi cambiamento richiede in genere alterazioni fisicamente la struttura.

CRSBR supera entrambe le limitazioni.Il suo grande indice di rifrazione consente il confinamento della luce più stretta mentre la sua sensibilità magnetica consente il controllo dinamico.Quando viene applicato un campo magnetico, l'indice di rifrazione si sposta in modo significativo, consentendo ai dispositivi di passare da diverse modalità ottiche senza parti mobili.

Questa forte interazione di luce luce porta anche alla naturale formazione di polaritoni, quasiparticelle ibride che combinano proprietà di luce e materia.Questi polaritoni supportano effetti ottici non lineari migliorati e consentono il trasporto di luce quantistica anche senza cavità ottiche esterne.

Finora, le dimostrazioni hanno usato fiocchi CRSBR che operano a temperature criogeniche fino a 132 Kelvin.Tuttavia, il materiale è compatibile con le piattaforme fotoniche esistenti e potrebbe essere utilizzato come componente sintonizzabile nei circuiti fotonici futuri.Ciò è particolarmente promettente per le applicazioni in simulazione quantistica, ottica non lineare e sistemi polaritonici riconfigurabili in cui è accettabile il funzionamento a bassa temperatura.

È in corso ricerche per trovare materiali correlati con temperature di ordinazione magnetica più elevate che potrebbero supportare il funzionamento a temperatura ambiente e l'adozione più ampia in dispositivi pratici