Usmeravanje svetlosti od mesta do mesta je okosnica našeg modernog sveta. Ispod okeana i širom kontinenata, optički kablovi prenose svetlost koja kodira sve, od IouTube video zapisa do bankarskih prenosa — sve unutar niti veličine dlake.
Profesor Jivoong Park sa Univerziteta u Čikagu se, međutim, zapitao šta bi se desilo ako napravite još tanje i ravnije pramenove – u stvari, toliko tanke da su zapravo 2D umesto 3D. Šta bi se desilo sa svetlošću?
Kroz niz inovativnih eksperimenata, on i njegov tim su otkrili da stakleni kristal debljine samo nekoliko atoma može uhvatiti i nositi svetlost. I ne samo to, već je bio iznenađujuće efikasan i mogao je da putuje na relativno velike udaljenosti — do jednog centimetra, što je veoma daleko u svetu računarstva zasnovanog na svetlosti.
Istraživanje, objavljeno u Science , pokazuje šta su u suštini 2D fotonska kola i moglo bi otvoriti puteve ka novoj tehnologiji.
„Bili smo potpuno iznenađeni koliko je moćan ovaj supertanki kristal; ne samo da može da zadrži energiju, već je i isporuči hiljadu puta dalje nego što je bilo ko video u sličnim sistemima“, rekao je glavni autor studije Jivoong Park, profesor i predsedavajući hemije i član fakulteta James Franck Institute i Pritzker School of Molecular Engineering. „Zarobljena svetlost se takođe ponašala kao da putuje u 2D prostoru.“
Novoizmišljeni sistem je način za vođenje svetlosti – poznatog kao talasovod – koji je u suštini dvodimenzionalan. U testovima, istraživači su otkrili da mogu da koriste izuzetno male prizme, sočiva i prekidače za vođenje putanje svetlosti duž čipa – sve sastojke za kola i proračune.
Fotonska kola već postoje, ali su mnogo veća i trodimenzionalna. Ono što je najvažnije, u postojećim talasovodima, čestice svetlosti – koje se nazivaju fotoni – uvek putuju zatvorene unutar talasovoda.
Sa ovim sistemom, objasnili su naučnici, stakleni kristal je zapravo tanji od samog fotona – tako da deo fotona zapravo viri iz kristala dok putuje.
To je pomalo kao razlika između izgradnje cevi za slanje kofera oko aerodroma, naspram postavljanja na vrh pokretne trake. Sa pokretnom trakom, koferi su otvoreni za vazduh i lako ih možete videti i podesiti na putu. Ovaj pristup znatno olakšava pravljenje složenih uređaja sa staklenim kristalima, jer se svetlost može lako pomerati sočivima ili prizmama.
Fotoni takođe mogu da dožive informacije o uslovima na putu. Razmislite o tome da proverite kofere koji dolaze spolja da vidite da li napolju pada sneg. Slično tome, naučnici mogu zamisliti da koriste ove talasovode da naprave senzore na mikroskopskom nivou.
„Na primer, recimo da ste imali uzorak tečnosti i želeli ste da osetite da li je prisutan određeni molekul“, objasnio je Park. „Možete ga dizajnirati tako da ovaj talasovod putuje kroz uzorak, a prisustvo tog molekula bi promenilo kako se svetlost ponaša.
Naučnici su takođe zainteresovani za izgradnju veoma tankih fotonskih kola koja bi se mogla složiti kako bi se integrisalo mnogo više sićušnih uređaja u istu oblast čipa. Stakleni kristal koji su koristili u ovim eksperimentima bio je molibden disulfid, ali principi bi trebalo da funkcionišu i za druge materijale.
Iako su teoretski naučnici predvideli da bi ovo ponašanje trebalo da postoji, u stvari, shvatanje toga u laboratoriji je bilo višegodišnje putovanje, rekli su naučnici.
„To je bio zaista izazovan, ali zadovoljavajući problem, jer smo ulazili u potpuno novo polje. Tako da smo sve što nam je bilo potrebno morali sami da osmislimo — od uzgoja materijala do merenja kretanja svetlosti“, rekao je diplomirani student Haniu Hong, koautor rada.
