С развитием технологий фотонные системы всё чаще используются вместо традиционной электроники для более эффективной передачи и обработки информации с помощью света. Одной из таких оптических систем является сканирование лазерным лучом (СЛЛ), где лазерные лучи быстро направляют для сканирования, определения или отображения информации.
Эта технология используется в различных приложениях: от сканеров штрихкодов в продуктовых магазинах до лазерных проекторов на световых шоу. Для обработки более широкого спектра сигналов или обеспечения полноцветного вывода эти системы используют мультиплексоры, которые объединяют красные, зелёные и синие (RGB) лазерные лучи в один.
Традиционно это достигалось путём прямой модуляции каждого лазера, включая их и выключая для управления выходом. Однако этот подход относительно медленный и энергозатратный. Недавнее исследование, проведённое учёными из корпорации TDK (Япония), сообщает о разработке более быстрого и энергоэффективного RGB-мультиплексора на основе тонкоплёночного ниобата лития (TFLN).
Работа опубликована в журнале Advanced Photonics Nexus. Ниобат лития — универсальный материал, широко используемый в фотонике благодаря своим превосходным электрооптическим, нелинейно-оптическим и акустооптическим свойствам. TFLN широко используется в инфракрасных оптических модуляторах и ценится за способность направлять видимый свет.
В отличие от традиционных систем, подход на основе TFLN использует электрические поля для управления распространением и объединением света, что позволяет повысить скорость модуляции и снизить потребление энергии.
Гибридные кристально-стеклянные материалы из метеоритов преобразуют управление теплом
Кристаллы и стёкла имеют противоположные свойства теплопроводности, которые играют ключевую роль в различных технологиях. Они варьируются от миниатюризации и эффективности электронных устройств до систем рекуперации отработанного тепла, а также срока службы тепловых экранов в аэрокосмической технике.
Проблема оптимизации характеристик и долговечности материалов, используемых в этих различных приложениях, сводится к фундаментальному пониманию того, как их химический состав и атомная структура (например, кристаллическая, стеклянная, наноструктурированная) определяют их способность проводить тепло.
Микеле Симончелли, доцент кафедры прикладной физики и прикладной математики в Колумбийском университете, решает эту задачу с первых принципов, начиная с фундаментальных уравнений квантовой механики и используя методы машинного обучения для их решения с количественной точностью.
В исследовании, опубликованном 11 июля в Proceedings of the National Academy of Sciences, Симончелли и его коллеги, Никола Марзари из Швейцарской федеральной политехнической школы в Лозанне и Франческо Маури из Университета Сапиенца в Риме, предсказали существование материала с гибридными кристально-стеклянными тепловыми свойствами. Команда экспериментаторов под руководством Этьена Балана, Даниэле Фурнье и Массимилиано Маранголо из Сорбонны в Париже подтвердила это измерениями.
Первый в своём роде материал был обнаружен в метеоритах и также был идентифицирован на Марсе. Фундаментальная физика, лежащая в основе этого поведения, может продвинуть наше понимание и разработку материалов, которые управляют теплом при экстремальных температурных разницах, а также предоставить более широкое понимание тепловой истории планет.
Теплопроводность зависит от того, является ли материал кристаллическим, с упорядоченной решёткой атомов, или стеклянным, с неупорядоченной аморфной структурой, что влияет на то, как тепло распространяется на квантовом уровне. В целом, теплопроводность в кристаллах обычно уменьшается с повышением температуры, в то время как в стёклах она увеличивается при нагревании.
В 2019 году Симончелли, Никола Марзари и Франческо Маури вывели единое уравнение, которое отражает противоположные тенденции теплопроводности, наблюдаемые в кристаллах и стёклах, а также описывает промежуточное поведение дефектных или частично неупорядоченных материалов, таких как те, что используются в термоэлектриках для рекуперации отработанного тепла, перовскитных солнечных элементах и тепловых барьерных покрытиях для теплозащитных экранов.