Pequenos dispositivos ópticos mudam como a luz é controlada

Os pesquisadores do MIT desenvolveram uma nova plataforma nanofotônica usando brometo de sulfeto de cromo (CRSBR), um material quântico em camadas que poderia transformar o design de dispositivos ópticos modernos.Isso permite componentes eficientes do Ultracompacto que podem alternar os modos ópticos dinamicamente, algo anteriormente difícil de alcançar na nanofotônica.

A principal vantagem da CRSBR está em sua combinação de ordem magnética e forte resposta óptica.Permite o ajuste contínuo e reversível de propriedades ópticas usando campos magnéticos modestos sem movimento mecânico ou alterações térmicas.Essa ajuste combinada com um alto índice de refração permite a criação de estruturas ópticas apenas alguns nanômetros de espessura, muito menor do que os feitos de materiais convencionais.

O comportamento óptico do material é acionado por excitons, as quasepartices formadas quando a luz excita um elétron deixando para trás um orifício carregado positivamente.Esses pares ligados interagem fortemente com a luz e são altamente responsivos aos campos magnéticos, possibilitando controlar como a luz se move através do material.

Ao contrário dos materiais nanofotônicos tradicionais, como silício, nitreto de silício e dióxido de titânio, o CRSBR oferece melhorias significativas em duas áreas -chave, índice de refração e ajuste.Os materiais existentes têm índices de refração relativamente modestos, limitando o grau em que podem limitar a luz e restringindo assim como os dispositivos compactos podem ser.Além disso, suas propriedades ópticas são fixadas após a fabricação, o que significa que qualquer alteração normalmente requer alteração fisicamente da estrutura.

O CRSBR supera as duas limitações.Seu grande índice de refração permite um confinamento de luz mais rígido, enquanto sua sensibilidade magnética permite o controle dinâmico.Quando um campo magnético é aplicado, o índice de refração muda significativamente, permitindo que os dispositivos alternem entre diferentes modos ópticos sem peças móveis.

Essa forte interação da matéria de luz também leva à formação natural de polaritons, quasipartículas híbridas que combinam propriedades de luz e matéria.Esses polaritons suportam efeitos ópticos não lineares aprimorados e permitem o transporte quântico de luz, mesmo sem cavidades ópticas externas.

Até agora, as manifestações usaram flocos de CRSBR operando em temperaturas criogênicas de até 132 kelvins.No entanto, o material é compatível com as plataformas fotônicas existentes e pode ser usado como um componente ajustável em futuros circuitos fotônicos.Isso é particularmente promissor para aplicações em simulação quântica, óptica não linear e sistemas polaritônicos reconfiguráveis em que a operação de baixa temperatura é aceitável.

A pesquisa está em andamento para encontrar materiais relacionados com temperaturas de ordem magnética mais altas que poderiam apoiar a operação de temperatura ambiente e adoção mais ampla em dispositivos práticos