Международная команда учёных под руководством Наньянского технологического университета в Сингапуре (NTU Singapore) разработала новый тип сверхкомпактного лазера, который более энергоэффективен и потребляет меньше энергии.
Основные характеристики нового лазера
- Размер: меньше песчинки, микрометровый лазер имеет специальную конструкцию, которая снижает утечку света.
- Частота излучения: лазер излучает свет в терагерцевом диапазоне (30 мкм — 3 мм), что соответствует частоте связи 6G.
- Применение: может проложить путь для высокоскоростной беспроводной связи будущего.
Исследование опубликовано в Nature Photonics
Ультракомпактные лазеры имеют широкий спектр применения в различных отраслях, особенно в небольших устройствах. Они также важны для технологий следующего поколения, таких как оптические вычисления, центры обработки данных, высокоскоростная связь, медицинская визуализация и передовые датчики.
Однако производительность этих миниатюрных лазеров страдает из-за потери света. Чтобы предотвратить потери света, новый NTU-лазер использует плоские зоны и явление, известное как мультисвязанные состояния в континууме (BIC).
Как работает новый лазер
- Плоские зоны: в фотонном кристалле есть энергетические зоны, где световые волны имеют почти нулевую групповую скорость — меру того, насколько быстро движется энергия, переносимая светом.
- Мульти BIC: уменьшают потери света в вертикальном измерении, позволяя при этом лазеру излучать достаточно света для практического использования.
Результаты исследования
- Фокусировка луча: лазер также производит высокофокусированный луч с минимальной дивергенцией, что делает его полезным для оптоэлектронных приложений.
- Масштабируемость: изменяя размер воздушных отверстий и постоянную решётки, можно создать лазеры, излучающие другие длины волн, такие как ближний инфракрасный и видимый свет.
Профессор Ван Цицзе из Школы электротехники и электронной инженерии (EEE) и Школы физических и математических наук NTU, который был ведущим исследователем исследования, сказал: «Опираясь на наш более чем пятнадцатилетний опыт в области инженерии фотонной зонной структуры, мы поняли, что сочетание концепций плоских зон с BIC может эффективно улавливать свет и уменьшать потери».
Новый тип светового луча для научных исследований
Команда учёных из Департамента энергетики Национальной ускорительной лаборатории SLAC создала экзотический тип светового луча, называемый лучом Пуанкаре, используя источник свободного электронного лазера FERMI (FEL) в Италии. Это первый раз, когда такой луч был получен с помощью FEL.
Применение
- Изучение материалов: техника может улучшить изучение материалов и способствовать развитию высокопроизводительных технологий, таких как компьютерные чипы нового поколения.
- Оптические вычисления: результаты опубликованы в Nature Photonics.
Первое экспериментальное наблюдение углового момента фононов в хиральных кристаллах
В новом исследовании, опубликованном в Nature Physics, учёные впервые экспериментально наблюдали угловой момент фононов в хиральных кристаллах.
Фон
- Фононы: квантованные колебания решётки, представляющие звук и тепло в кристаллах. Теоретически предсказано, что фононы могут нести конечный угловой момент.
- Эйнштейн-де Хаас: эффект объясняет, как квантово-механический спин соединяется с классическим угловым моментом, когда ферромагнитный цилиндр вращается под действием магнитных полей.
Экспериментальный подход
- Кантилеверы: команда разработала новый экспериментальный подход, основанный на технологии кантилеверов, для прямого измерения углового момента фононов.
- Измерение: вместо измерения вращения напрямую, их подход обнаруживает механический крутящий момент, генерируемый угловым моментом фононов, с чрезвычайной точностью.
Результаты
- Токи: измерения показали токи порядка 10^-11 Нм, что соответствует теоретическим предсказаниям.
- Ключевые подписи: эксперименты показали ключевые признаки, ожидаемые для углового момента фононов.
Это открытие может привести к разработке новых квантовых технологий, таких как механизмы квантовой трансдукции, манипуляция тепловым спиновым состоянием и различные методы обработки квантовой информации.