Группе учёных-физиков удалось совершить качественный скачок на пути создания нетрадиционных вычислительных технологий, значительно продвинувшись в решении задачи пространственной манипуляции и управления энергией «жидкого света», именуемого «поляритонным конденсатом», при комнатной температуре. Эта разработка открывает новую главу в исследовании полностью оптических высокоскоростных поляритонных логических устройств, без которых переход к компьютерам следующего поколения всегда представлялся неразрешимой задачей. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Letters.

Поляритоны представляют собой квантовый «жидкий свет», состоящий из гибридных частиц, образующихся в результате сильного взаимодействия света и материи. Такой «жидкостью» можно управлять, воздействуя на входящую в её состав материю. Учёным удалось сделать огромный шаг вперёд, предложив инновационный способ активного пространственного контроля конденсатов «жидкого света» при комнатной температуре.

Отличительной особенностью этой разработки является возможность манипулирования конденсатами поляритонов без использования традиционных профилей оптической накачки. Такого результата учёным удалось добиться, поместив внутри резонатора дополнительный слабо связанный слой органического сополимера, кривая поглощения которого является нерезонансной по отношению к оптической моде резонатора. Такое на первый взгляд простое, но при этом гениальное решение открывает множество новых возможностей.

Для частичного насыщения оптического поглощения в слабо связанном полупроводниковом слое учёные применили метод накачки-зондирования лазерными импульсами разных цветов, что позволило добиться сверхбыстрой модуляции эффективного показателя преломления активной среды одновременно с формированием поляритонного конденсата. Благодаря поистине феноменальному эффекту поглощения в возбужденном состоянии молекул слабо связанного слоя на длине волны излучения конденсата, учёные смогли разгадать секрет локально-наведённого рассеяния поляритонов. Результатом сложного взаимодействия этих механизмов, напоминающих фрагменты красивого пазла, стала уникальная возможность управления пространственным профилем, плотностью и энергетическим ландшафтом поляритонного конденсата, при этом избегая необходимости его охлаждения до криогенных температур, так необходимых для осуществления подобного контроля в аналогичных неорганических структурах.

«Этот прорыв открывает новую эру исследований органических поляритонных платформ, которые лягут в основу прочного фундамента вычислений на основе «жидкого света» при комнатной температуре. Научившись контролировать необычные свойства сильной связи между светом и материей и преодолев ограничения, присущие микрорезонаторам традиционной планарной архитектуры, мы сможем в полной мере использовать возможности таких удивительных квазичастиц, как поляритоны. Буквально на наших глазах рождаются технологии будущего!», — говорит идейный вдохновитель исследования, учёный-исследователь Лаборатории гибридной фотоники Сколтеха Антон Путинцев.

На основе полученных результатов появится возможность создавать полностью оптические поляритонные логические устройства, в которых способность к сверхбыстрой контролируемой модуляции эффективного показателя преломления активной среды позволит использовать этот эффект в качестве дополнительного, независимого параметра подстройки поляритонных состояний в реальном времени. Также открывается возможность встраивать подобные слабосвязанные поглощающие элементы в микрорезонаторы латеральной архитектуры, недавно предложенной для создания поляритонных интегральных схем.

В современном мире, в котором инновационные технологии приобретают решающее значение, новое открытие учёных — это колоссальный шаг вперёд. Полученные результаты открывают уникальные перспективы для создания полностью оптических высокоскоростных поляритонных логических устройств. Достижение исследователей, уже вызвавшее бурный отклик в научном сообществе, вселяет надежду на ещё более невероятные открытия в будущем.

Исследование проводилось при поддержке гранта № 23-72-00059 Российского научного фонда.