Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας του Χονγκ Κονγκ ανέπτυξαν μια νέα φωτονική πλατφόρμα που επιτρέπει στο φως να κινείται μονόδρομα μέσα σε ολόκληρο το υλικό, χωρίς να απαιτούνται οι ειδικές μονωτικές δομές που χρησιμοποιούνταν μέχρι σήμερα. Η ανακάλυψη, που δημοσιεύθηκε στο Nature, θα μπορούσε να οδηγήσει σε μικρότερα και αποδοτικότερα φωτονικά κυκλώματα.
Το πρόβλημα των σημερινών φωτονικών υλικών
Στη λεγόμενη τοπολογική φωτονική, το φως μπορεί να ταξιδεύει μόνο προς μία κατεύθυνση, παρακάμπτοντας γωνίες και ατέλειες χωρίς να ανακλάται προς τα πίσω. Ωστόσο, αυτή η συμπεριφορά εμφανίζεται μόνο στα όρια μεταξύ δύο ειδικά σχεδιασμένων περιοχών, αφήνοντας το μεγαλύτερο μέρος του υλικού ανεκμετάλλευτο για τη μεταφορά οπτικών σημάτων.
Αυτό περιορίζει σημαντικά την αποδοτικότητα των φωτονικών συστημάτων.
Μια «τετράιχνη λεωφόρος» για το φως
Η ερευνητική ομάδα σχεδίασε έναν κυματοδηγό από μαγνητικές ράβδους διατεταγμένες σε δομή κυψελών. Η διάταξη αυτή χωρίζει το φως σε διαφορετικά «κανάλια», ανάλογα με την κατεύθυνση διάδοσής του.
Στη συνέχεια, οι επιστήμονες τοποθέτησαν τέσσερις τέτοιες περιοχές σε κυκλική διάταξη. Έτσι, κάθε κανάλι μπλοκάρει την αντίθετη κίνηση του γειτονικού του, ενώ επιτρέπει τη δική του μονόδρομη μετάδοση. Το αποτέλεσμα θυμίζει μια «τετράιχνη λεωφόρο», όπου τέσσερα ανεξάρτητα σήματα μπορούν να κινούνται ταυτόχρονα χωρίς παρεμβολές.
Επιτυχημένες δοκιμές
Για να δοκιμάσουν τη νέα αρχιτεκτονική, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μικροκυματικά σήματα που μετέφεραν πληροφορίες. Τα σήματα διέσχισαν απότομες στροφές και πολύ στενά περάσματα χωρίς ανάκλαση ή διαρροή μεταξύ των καναλιών.
Ακόμη και όταν παραμόρφωσαν τη δομή του υλικού, η μονόδρομη διάδοση του φωτός παρέμεινε σχεδόν ανεπηρέαστη.
Προς πιο πυκνά φωτονικά κυκλώματα
Η τεχνολογία βρίσκεται ακόμη σε πειραματικό στάδιο και απαιτείται περαιτέρω έρευνα για να λειτουργήσει στις υψηλότερες συχνότητες που χρησιμοποιούνται στα σύγχρονα οπτικά κυκλώματα.
Αν όμως η προσέγγιση αποδειχθεί εφαρμόσιμη, θα επιτρέψει την αξιοποίηση ολόκληρου του υλικού για τη μεταφορά οπτικών σημάτων, αντί μόνο των άκρων του. Αυτό θα μπορούσε να οδηγήσει στην ανάπτυξη πιο συμπαγών, αποδοτικών και υψηλής χωρητικότητας φωτονικών επεξεργαστών για μελλοντικές τηλεπικοινωνίες και υπολογιστικά συστήματα.