Новости

Российские ученые создали миниатюрный преобразователь света, пригодный для использования в качестве одного из компонентов будущих световых процессоров и запоминающих устройств. Его схема была опубликована в журнале Physical Review B.

"Нашей основной задачей была разработка новых типов компактных преобразователей частоты оптического излучения. В настоящее время для этого используются объемные кристаллы из специальных материалов. Размер этих кристаллов колеблется от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров. Это неприемлемо для их использования в нанофотонике", — объясняет Борис Афиногенов, сотрудник кафедры квантовой электроники МГУ.

Свет и другие типы электромагнитных волн переносят информацию гораздо эффективнее и быстрее, чем электрические сигналы, благодаря чему большая часть современных систем связи основана на оптоволокне и различных лазерных излучателях. Ученые давно пытаются заменить транзисторы и металлические дорожки внутри чипов их световыми аналогами, однако пока это не удается сделать по одной простой причине – движением света очень сложно управлять.

За последние два десятилетия инженеры и экспериментаторы создали массу устройств, позволяющих манипулировать свойствами света, однако фактически все они, в силу физических свойств света, имеют достаточно большие размеры,  и их нельзя уменьшить.

Эти проблемы, как рассказывает Афиногенов, ученые преодолевают, используя различные метаматериалы и наноструктуры, такие как плазмонные резонаторы или фотонные кристаллы. Они преобразуют свет в другие типы колебаний и затем переизлучают его в виде "порций" фотонов с другими свойствами.

Подобным образом физики научились управлять движением света, задерживать или концентрировать его, однако до настоящего времени у них не получалось создать миниатюрное устройство, которое бы позволяло произвольным образом преобразовать один тип света в другой, меняя его фазу и другие свойства.

Афиногенов и его команда смогли решить эту проблему, покрыв фотонный кристалл, набор из множества наночастиц, особым образом поглощавших и переизлучавших свет, тонкой пленкой из металла.

Как показали опыты физиков из МГУ, свет, вырабатываемый фотонным кристаллом,  поглощался и усиливался металлом, на поверхности которого возникали особые колебания, так называемые плазмоны Тамма.

Они вырабатывали другой тип фотонов, которые, по идее, не должны существовать внутри подобных кристаллов. Подобная накачка "неправильным" светом приводила к тому, что внутри них начинали формироваться своеобразные "гребенки" из световых волн, чья длина была в два, три и более раз короче, чем у "запрещенных" фотонов.

Усиливая один из подобных "зубьев" этой световой расчески, можно преобразовать свет, попадающий в такой кристалл, в импульсы излучения с "нужной" длиной волны, поляризацией и прочими свойствами. Что самое важное, всю эту конструкцию, как отмечают ученые, можно уместить в куб размерами в несколько сот нанометров.

Подобные наноустройства, по словам физиков, можно применять не только в качестве компонентов световых компьютеров, но и в качестве сверхчувствительных датчиков, реагирующих на появление определенных наночастиц, молекул и прочих микроскопических объектов.

Физики из России сняли на видео "побег" магнитных вихрей из сверхпроводника

Российские ученые выяснили, что магнитные "воронки", существующие в определенных сверхпроводниках, могут "сбегать" из них и проникать в "обычные металлы", что придает им необычные квантовые свойства. Их выводы и фотографии "побега" были опубликованы в журнале Nature Communications.

"Подобные эксперименты стали возможны благодаря прогрессу в области сканирующей туннельной микроскопии. Мы могли уверенно работать при сверхнизких температурах и в условиях сверхвысокого вакуума, благодаря чему поверхность сверхпроводника и металла оставалась "атомно-чистой" достаточно долгое время.

Такой микроскоп есть и в МФТИ, в нашей лаборатории", — рассказывает Василий Столяров, физик из Долгопрудного, чьи слова приводит пресс-служба вуза.

Все сверхпроводники обладают необычным свойством – они "не любят" магнитное поле и стремятся его вытолкнуть наружу в том случае, если линии этого поля с ними контактируют. Если сила поля превышает определенное значение, то тогда сверхпроводник резко теряет свои свойства и становится "обычным" материалом.

Этот феномен, который физики называют эффектом Мейснера, работает неодинаково в разных сверхпроводниках. В сверхпроводниках первого рода магнитное поле не может существовать в принципе, а в их "собратьях" второго рода магнитное поле может проникать на небольшие расстояния в тех точках, где сочетаются сверхпроводящие и несверхпроводящие свойства.

Данный феномен был открыт в 1957 году советским физиком Алексеем Абрикосовым, за что он, а также Виталий Гинзбург и Энтони Леггет получили в 2003 году Нобелевскую премию по физике. Этот же феномен "частичного проникновения" магнитных полей порождает внутри сверхпроводника особые магнитные "воронки", кольцевые электрические токи, которые сегодня ученые называют "вихрями Абрикосова".

Квантовый характер этих вихрей, а также их стабильность и предсказуемость давно привлекают внимание физиков, пытающихся создать квантовые или световые компьютеры и нуждающиеся в надежных и быстрых запоминающих устройствах, способных напрямую работать с подобными вычислительными устройствами.

Как рассказывает Столяров, физиков давно интересует, могут ли подобные магнитные воронки существовать и в других материалах, которые приобретают часть квантовых свойств сверхпроводников при контакте с ним.

Такое, к примеру, происходит в том случае, если соединить пластинку из ниобия, приобретающего сверхпроводящие свойства при температуре в 4-5 градусов выше абсолютного нуля, с пленкой из меди, не способной стать сверхпроводником в таких условиях.

Узнать это достаточно сложно, так как вихри Абрикосова, одни из самых быстрых объектов во Вселенной, крайне сложно "вылавливать" и изучать. Российские ученые смогли решить эту проблему, используя сверхчувствительный туннельный микроскоп, при помощи которого они "обстреливали" бутерброд из меди и ниобия пучками электронов, и новых теорий, позволивших им найти следы подобных квантовых воронок на снимках с микроскопа.

Наблюдая за тем, как электроны внутри этой конструкции отталкивали проходящий через них поток электронов, ученые смогли найти "раструбы" магнитных воронок, "сбежавших" в пластинку из меди. Они находились ровно над теми точками, где находились их "основания" в толще сверхпроводника, и при этом они проникали на неожиданно большое расстояние вглубь обычного металла, несколько десятков нанометров.

Их открытие, как отмечает Столяров, говорит о том, что подобные "бутерброды" можно использовать в качестве элементов квантового компьютера и гибридных квантовых устройств, где необходимо сочетание свойств обычных металлов и их сверхпроводящих "кузенов". Для этого, однако, необходимы дальнейшие наблюдения за "побегами" квантовых воронок из сверхпроводников, заключают ученые.