Пролить свет на синтетические размеры

Кольцевой резонатор, изготовленный с использованием кремниевой фотоники и имеющий внутреннюю модуляцию, генерирует частотную лестницу. Предоставлено: Йокогамский национальный университет.

Люди воспринимают мир в трех измерениях, но сотрудничество в Японии разработало способ создания синтетических измерений, чтобы лучше понять фундаментальные законы Вселенной и, возможно, применить их к передовым технологиям.


Они опубликовали свои результаты 28 января 2022 года в Научные достижения.

«Понятие размерности стало центральным элементом в различных областях современной физики и техники в последние годы», — сказал автор статьи Тошихико Баба, профессор кафедры электротехники и вычислительной техники Йокогамского национального университета. «Хотя исследования низкоразмерных материалов и структур были плодотворными, быстрый прогресс в топологии открыл дальнейшее изобилие потенциально полезных явлений, зависящих от размерности системы, даже выходя за пределы трех измерений. пространственные размеры доступны в окружающем нас мире».

Топология относится к расширению геометрии, которое математически описывает пространства со свойствами, сохраняющимися при непрерывном искажении, таком как скручивание ленты Мебиуса. По словам Бабы, в сочетании со светом эти физические пространства можно направлять таким образом, что исследователи могут вызывать очень сложные явления.

в реальный мир, от линии до квадрата и куба, каждое измерение предоставляет больше информации, а также требует больше знаний для его точного описания. В топологической фотонике исследователи могут создавать дополнительные измерения системы, предоставляя больше степеней свободы и многогранное управление свойствами, ранее недоступными.

«Синтетические размерности позволили использовать концепции более высоких измерений в устройствах с меньшими размерами с меньшей сложностью, а также управлять критически важными функциями устройств, такими как оптическая изоляция на кристалле», — сказал Баба.

Исследователи изготовили синтетическое измерение на кремниевом кольцевом резонаторе, используя тот же подход, который использовался для создания комплементарных металл-оксид-полупроводников (CMOS), компьютерного чипа, который может хранить некоторую память. Кольцевой резонатор применяет направляющие для управления и разделения световых волн в соответствии с определенными параметрами, такими как определенные полосы пропускания.

По словам Бабы, фотонное устройство кремниевого кольцевого резонатора приобрело «гребенчатые» оптические спектры, в результате чего появились связанные моды, соответствующие одномерной модели. Другими словами, устройство создало измеримое свойство — синтетическое измерение, — которое позволило исследователям получить информацию об остальной части системы.

В то время как разработанное устройство состоит из одного кольца, можно наложить больше других для каскадных эффектов и быстрого определения характеристик сигналов оптической частоты.

Критически важно, сказал Баба, что их платформа, даже со сложенными кольцами, намного меньше и компактнее, чем предыдущие подходы, в которых использовались оптические волокна, соединенные с различными компонентами.

«Более масштабируемая платформа кремниевых фотонных чипов обеспечивает значительный прогресс, поскольку она позволяет фотонике с синтетическими измерениями извлекать выгоду из зрелого и сложного набора инструментов для коммерческого производства КМОП, а также создает средства для внедрения многомерных топологических явлений в новые приложения для устройств. , — сказал Баба.

Гибкость системы, в том числе возможность ее реконфигурации по мере необходимости, дополняет эквивалентные статические пространства в реальное пространствоПо словам Бабы, это может помочь исследователям обойти размерные ограничения реального пространства и понять явления даже за пределами трех измерений.

«Эта работа показывает возможность практического использования топологической и синтетической фотоники с интеграционной платформой кремниевой фотоники», — сказал Баба. «Далее мы планируем собрать все топологические и синтетические фотонные элементы для создания топологической интегральной схемы».


Синтетические размеры позволяют по-новому конструировать топологические изоляторы более высокого порядка.


Дополнительная информация:
Армандас Бальчитис, Синтетические размерные ленточные структуры на фотонной платформе Si CMOS, Научные достижения (2022). DOI: 10.1126 / sciadv.abk0468. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abk0468

Предоставлено Йокогамским национальным университетом.

Цитата: Проливая свет на синтетические измерения (2022 г., 28 января), получено 28 января 2022 г. с https://phys.org/news/2022-01-synthetic-dimensions.html.

Этот документ защищен авторским правом. За исключением любой честной сделки с целью частного изучения или исследования, никакая часть не может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в ознакомительных целях.

Leave a comment

Your email address will not be published.

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.