Le nouveau matériau photonique de l’Université de Floride centrale permet de surmonter les inconvénients des conceptions topologiques actuelles, qui offrent moins de fonctionnalités et de contrôle. Ce nouveau matériau permet également d’augmenter considérablement la longueur de propagation des paquets d’informations en minimisant les pertes de puissance.
Les matériaux photoniques sont développés par les chercheurs pour permettre une informatique puissante et efficace basée sur la lumière.
Des chercheurs de l’Université de Floride centrale développent de nouveaux matériaux photoniques qui pourraient un jour être utilisés pour permettre une informatique lumineuse ultra-rapide et à faible consommation. Ces matériaux uniques, appelés isolants topologiques, ressemblent à des fils électriques retournés, l’isolation se trouvant à l’intérieur et le courant circulant à l’extérieur.
Afin d’éviter le problème de surchauffe que rencontrent les circuits de plus en plus petits d’aujourd’hui, les isolants topologiques pourraient être incorporés dans les conceptions de circuits pour permettre de concentrer plus de puissance de traitement dans une zone donnée sans générer de chaleur.
L’étude la plus récente des chercheurs, qui a été publiée le 28 avril dans la revue .Nature Materialsprésente un tout nouveau processus de création de matériaux qui utilisent une structure unique en nid d’abeille. Les chercheurs ont gravé au laser le motif en nid d’abeille enchaîné sur un morceau de silice, un matériau souvent utilisé pour créer des circuits photoniques.
Les nœuds de la conception permettent aux chercheurs de réguler le courant sans plier ou étirer les fils photoniques, ce qui est nécessaire pour diriger le flux de lumière et donc d’informations dans un circuit.
Le nouveau matériau photonique surmonte les inconvénients des conceptions topologiques contemporaines qui offraient moins de fonctionnalités et de contrôle tout en supportant des longueurs de propagation beaucoup plus longues pour les paquets d’information en minimisant les pertes de puissance.
Les chercheurs pensent que la nouvelle approche de conception introduite par les isolants topologiques bimorphes permettra de s’écarter des techniques de modulation traditionnelles, ce qui rapprochera la technologie de l’informatique basée sur la lumière de la réalité.
Les isolants topologiques pourraient également permettre un jour de quantum computing as their features could be used to protect and harness fragile quantum information bits, thus allowing processing power hundreds of millions of times faster than today’s conventional computers. The researchers confirmed their findings using advanced imaging techniques and numerical simulations.
“Bimorphic topological insulators introduce a new paradigm shift in the design of photonic circuitry by enabling secure transport of light packets with minimal losses,” says Georgios Pyrialakos, a postdoctoral researcher with UCF’s College of Optics and Photonics and the study’s lead author.
The next steps for the research include the incorporation of nonlinear materials into the lattice that could enable the active control of topological regions, thus creating custom pathways for light packets, says Demetrios Christodoulides, a professor in UCF’s College of Optics and Photonics and study co-author.
The research was funded by the Defense Advanced Research Projects Agency; the Office of Naval Research Multidisciplinary University Initiative; the Air Force Office of Scientific Research Multidisciplinary University Initiative; the U.S. National Science Foundation; The Simons Foundation’s Mathematics and Physical Sciences division; the W. M. Keck Foundation; the US–Israel Binational Science Foundation; U.S. Air Force Research Laboratory; the Deutsche Forschungsgemein-schaft; and the Alfried Krupp von Bohlen and Halbach Foundation.
Study authors also included Julius Beck, Matthias Heinrich, and Lukas J. Maczewsky with the University of Rostock; Mercedeh Khajavikhan with the University of Southern California; and Alexander Szameit with the University of Rostock.
Christodoulides received his doctorate in optics and photonics from Johns Hopkins University and joined UCF in 2002. Pyrialakos received his doctorate in optics and photonics from Aristotle University of Thessaloniki – Greece and joined UCF in 2020.
Reference: “Bimorphic Floquet topological insulators” by Georgios G. Pyrialakos, Julius Beck, Matthias Heinrich, Lukas J. Maczewsky, Nikolaos V. Kantartzis, Mercedeh Khajavikhan, Alexander Szameit, and Demetrios N. Christodoulides, 28 April 2022, Nature Materials.
DOI: 10.1038/s41563-022-01238-w
