Wetenschappers hebben nieuwe deeltjes ontdekt die de basis kunnen vormen van een toekomstige technologische revolutie op basis van fotonische circuits en die kunnen leiden tot de ontwikkeling van ultrasnelle rekenmethoden op basis van licht. Computers zijn tegenwoordig gebaseerd op elektronica, waarbij elektronen worden gebruikt om informatie te coderen en over te dragen. Vanwege bepaalde fundamentele beperkingen, zoals het verlies van energie tijdens resistieve verwarming, wordt verwacht dat fotonen elektronen zullen vervangen en zullen er futuristische computers op basis van licht zijn die veel sneller en efficiënter zullen zijn dan elektronische.
Natuurkundigen van de Universiteit van Exeter hebben een belangrijke stap in de richting van dit doel gezet door nieuwe deeltjes te ontdekken die half licht, half materie zijn en die een aantal opmerkelijke eigenschappen van grafeen erven.
Wat vervangt elektronica?
De ontdekking van de wetenschappers opent de deur naar de ontwikkeling van fotonische circuits die alternatieve deeltjes gebruiken die bekend staan als massaloze Dirac-polaritonen om informatie over te brengen in plaats van elektronen.
Dirac-polaritonen vinden hun oorsprong in honingraatmetasoppervlakken, ultradunne materialen die zijn ontworpen met structuren op nanoschaal die veel kleiner zijn dan de golflengte van licht.
Een unieke eigenschap van Dirac-deeltjes is dat ze massaloze relativistische deeltjes nabootsen, waardoor ze zeer efficiënt kunnen reizen. Dit feit maakt grafeen een van de meest geleidende materialen die de mens kent.
Ondanks de ongebruikelijke eigenschappen van dergelijke materialen zijn ze echter buitengewoon moeilijk te beheersen. In grafeen is het bijvoorbeeld onmogelijk om elektrische stromen aan en uit te zetten met behulp van een eenvoudig elektrisch potentieel, wat het potentiële gebruik van grafeen in elektronische apparaten beperkt. Deze fundamentele fout - gebrek aan maatwerk - is met succes overwonnen door natuurkundigen van de Universiteit van Exeter.
Promotie video:
Wetenschappers hebben aangetoond dat door honingraatmetasoppervlakken tussen twee reflecterende spiegels in te bedden en de afstand daartussen te veranderen, het mogelijk is om de fundamentele eigenschappen van Dirac-polaritonen op een eenvoudige, controleerbare en omkeerbare manier af te stemmen. Dit werd ook bereikt omdat Dirac-polaritonen een mengsel zijn van licht- en materiecomponenten. Het is deze hybride aard die het mogelijk maakt om hun fundamentele eigenschappen af te stemmen door alleen de lichtcomponent te manipuleren, wat niet mogelijk is in grafeen.
