В результате казалось невозможным сильно сжать свет в диэлектрических материалах, таких как кремний, которые необходимы для информационных технологий и имеют преимущество, заключающееся в том, что они не поглощают свет. Еще в 2006 году теоретически было оказано, что дифракционный предел не распространяется на диэлектрики. Однако никому не удалось продемонстрировать это на практике. Причина в том, что для этого требуются сложные нанотехнологии, которые до недавнего времени были недоступны.
Исследовательская группа из Технического университета Дании создала устройство, известное как «диэлектрическая нанополость», которое успешно концентрирует свет в объеме, в 12 раз меньше дифракционного предела. Открытие является новаторским в оптических исследованиях и недавно было опубликовано в журнале Nature Communications.
Cтруктура напоминает галстук-бабочку. Она сжимает свет в пространстве, а наноструктуры вокруг него сохраняют его во времени. Результатом является сжатие света до наименьшего на сегодняшний день масштаба — самого маленького в мире фотона в диэлектрическом материале.
Хотя компьютерные расчеты показывают, что можно сконцентрировать свет в бесконечно малой точке, это применимо только в теории. Фактические результаты ограничены технической возможностью изготовить мелкие детали, например, на микрочипе. Мы запрограммировали наши знания о реальной фотонной нанотехнологии и ее текущих ограничениях в компьютер. Затем мы попросили компьютер найти схему, которая собирает фотоны на беспрецедентно малой площади — в оптической нанорезонаторе — которую мы также смогли построить в лаборатории
— Маркус Альбрехтсен, аспирант DTU Electro и первый автор новой статьи.
Оптические нанорезонаторы — структуры, которые были специально разработаны для удержания света таким образом, что он не распространяется нормально, а отбрасывается взад и вперед, как если бы два зеркала были обращены друг к другу.
Чем ближе зеркала друг к другу, тем интенсивнее становится свет между ними. Для этого эксперимента исследователи создали структуру в виде галстука-бабочки, которая благодаря своей уникальной форме особенно эффективно сжимает фотоны.
Открытие может иметь решающее значение для разработки революционных технологий, которые могут уменьшить количество потребляющих энергию компонентов в центрах обработки данных, компьютерах, телефонах и т. д.
Энергопотребление компьютеров и центров обработки данных продолжает расти, и существует потребность в более устойчивых архитектурах микросхем, потребляющих меньше энергии. Этого можно добиться заменой электрических цепей оптическими компонентами.
Видение исследователей состоит в том, чтобы использовать такое же разделение труда между светом и электронами, как и в Интернете, где свет используется для связи, а электроника — для обработки данных.
Единственное отличие состоит в том, что обе функции должны быть встроены в один и тот же чип, что требует, чтобы свет был сжат до того же размера, что и электронные компоненты.
