Ученые создали «рецепт» идеальных поляритонов для оптических компьютеров

Исследовательская группа протестировала различные материалы, чтобы определить три правила создания поляритонов: материал должен обладать (1) сильным оптическим поглощением, (2) низкой неупорядоченностью и (3) небольшой делокализацией экситонов. Автор: Милан Делор, Колумбийский университет

Химики из Колумбийского университета определили, как оптимально объединить материю и свет для создания гибридных квазичастиц — поляритонов. Эти частицы, сочетающие свойства света и материи, могут стать основой для высокоскоростных оптических компьютеров и квантовых устройств.

В новой статье, опубликованной в журнале Chem, команда под руководством доцента химии Милана Делора сформулировала три ключевых правила для создания «идеальных» поляритонов. Материал должен обладать:

• Сильным оптическим поглощением
• Низкой неупорядоченностью структуры
• Небольшой делокализацией экситонов

«Мы написали руководство по созданию "идеального" поляритона, которое, как мы надеемся, будет полезно всему научному сообществу, работающему в области сильных светоматериальных взаимодействий», — заявил Делор.

Особый интерес представляют экситон-поляритоны, которые образуются при объединении фотонов света с энергией возбужденных электронов в материале. Они перспективны для создания полностью световых компьютеров, где информация передается со скоростью света.

В 2023 году команда разработала сверхбыструю технику визуализации, позволяющую наблюдать движение экситон-поляритонов. Исследователи обнаружили, что по мере усиления «материальных» свойств частицы теряют когерентность из-за повышенной чувствительности к шуму.

«Проблема в том, что при объединении света и материи вы наследуете не только лучшие, но и худшие свойства», — объяснил Делор.

Ключевым открытием стала важность делокализации экситонов — ранее недооцененного свойства, которое защищает поляритоны от шума. Наиболее перспективными материалами, соответствующими всем трем критериям, оказались двумерные галогенидные перовскиты и дихалькогениды переходных металлов.

Следующим шагом исследователей станет оптимизация нелинейных взаимодействий в волноводах с целью создания квантовых компьютерных вентилей на основе света — важного шага к реализации световых квантовых вычислений.