[“Использование световых сигналов для соединения электронных компонентов — ключевой элемент современных технологий передачи данных, благодаря скорости и эффективности, которые обеспечивают только оптические устройства. 🌟 Фотонные интегральные схемы, кодирующие и передающие информацию с помощью фотонов, а не электронов, широко применяются в вычислительных системах. Сегодня большинство из них создаются на основе кремния, что удобно из-за его совместимости с электроникой, но ограничивает пропускную способность.
Перспективной альтернативой считается тетрагональный титанат бария (BTO) — сегнетоэлектрический материал с улучшенными оптоэлектронными свойствами. 🧪 Однако, поскольку BTO относительно нов в прикладной оптоэлектронике, его квантовые свойства требуют более глубокого изучения для оптимизации.
Новое исследование учёных из MARVEL, опубликованное в Physical Review B, предлагает вычислительный метод для моделирования оптоэлектронного поведения BTO и других перспективных материалов. 🚀 Работа объединила усилия академиков и индустрии: швейцарский стартап Lumiphase, производящий устройства на основе BTO, сотрудничал с группами ETH Zurich и EPFL для моделирования материала.
Главной задачей было точное воссоздание эффекта Поккельса — изменения показателя преломления материала под действием электрического поля. 💡 «В оптоэлектронном преобразователе мы создаём интерферометр с двумя путями», — объясняет ведущий автор Виржини де Местраль. На одном пути свет проходит без изменений, на другом (в тонкой плёнке BTO) электрическое поле модулирует фазу волны. При объединении сигналов возникает интерференция, кодирующая данные.
Традиционные методы анализа эффекта Поккельса основаны на теории функционала плотности (DFT), но требуют специфических приближений. Авторы разработали альтернативу, используя метод конечных разностей и платформу AiiDA для автоматизации расчётов. 🔄 Это позволило избежать ограничений DFPT и повысить точность.
Ещё одной проблемой стали мнимые фононные частоты в моделировании BTO, указывающие на динамическую нестабильность. Решение? Создание суперячейки со смещением атомов титана, что приблизило модель к реальным экспериментальным данным. 📊 «Так мы стабилизировали фочнонные моды, и мнимые частоты стали положительными», — поясняет де Местраль.
Результаты сравнили с предыдущими расчётами и экспериментами. Небольшие расхождения объясняются различиями в структурах кристаллов и отсутствием учёта пьезоэлектрических эффектов. 🔍 Важным открытием стала связь между смещением титана и коэффициентом Поккельса: чем меньше смещение, тем выше коэффициент, что критично для миниатюризации устройств.
В будущем учёные планируют изучить зависимость эффекта Поккельса от частоты электрического поля, что требует учёта движения ионов, а не только электронов. ⚡ «Это сложная задача, но она откроет новые горизонты», — отмечают авторы.”]
Исследование поддержано Национальным центром компетенций (NCCR) MARVEL.
—
Ключевые эмодзи:
🌟 — важность технологий
🧪 — научные исследования
🚀 — инновации
💡 — ключевой механизм
🔄 — методология
📊 — анализ данных
🔍 — сравнение результатов
⚡ — будущие исследования