Spinnende Lichtwellen könnten für Photonik-Technologien "gesperrt" sein

Anonim

Eine neu beschriebene Eigenschaft, die sich auf den "Spin" und den Impuls von Lichtwellen bezieht, weist auf mögliche praktische Anwendungen in photonischen Kommunikationen und photonischen Schaltkreisen hin.

Wissenschaftler wussten bereits, dass Lichtwellen ein elektrisches Feld haben, das sich bei ihrer Ausbreitung drehen kann, was als Polarisationseigenschaft von Licht bekannt ist, und dass Lichtwellen in ihrer Bewegungsrichtung einen Impuls tragen. In neuen Erkenntnissen haben Forscher eine "Spin-Impuls-Verriegelung" entdeckt, das heißt, Lichtwellen, die sich gegen den Uhrzeigersinn drehen, können sich nur vorwärts bewegen und umgekehrt.

"Die Forscher hatten bemerkenswerte Effekte im Zusammenhang mit der gerichteten Ausbreitung von Licht in Verbindung mit seiner Polarisation bemerkt", sagte Zubin Jacob, Dozent für Elektro- und Computertechnik an der Purdue University. "Was wir gezeigt haben, ist, dass dies ein einzigartiger Effekt in Bezug auf den Spin und den Impuls des Lichts ist, analog zu dem Fall der Spin-Impuls-Lockerung, die für Elektronen auftritt. Wir haben gezeigt, dass es eine sehr einfache Regel gibt, die diesen Spin steuert Momentum Locking. Und es ist eine universelle Eigenschaft für alle optischen Materialien und Nanostrukturen, die es potenziell sehr nützlich für photonische Geräte macht. Diese Universalität ist einzigartig für Licht und tritt nicht für Elektronen auf. "

Die Ergebnisse wurden in einer Forschungsarbeit dargelegt, die im Februar in der von der The Optical Society veröffentlichten Zeitschrift Optica erschien. Der Aufsatz wurde von Doktoranden Todd Van Mechelen und Jacob verfasst, die Spin-Impuls-Lockerung durch analytische Theorie demonstrierten.

Spin-Impuls-Locking könnte auf die Spin-Photonik angewendet werden, die hypothetisch den Spin von Photonen in Geräten und Schaltkreisen nutzen könnte. Während Mikrochips Elektronen nutzen, um Berechnungen durchzuführen und Informationen zu verarbeiten, beschränken sich Photonen hauptsächlich auf die Kommunikation, indem sie Daten über optische Fasern übertragen. Die Verwendung des Spins von Lichtwellen könnte jedoch Vorrichtungen ermöglichen, die Elektronen und Photonen integrieren, um Logik- und Speicheroperationen durchzuführen.

"Viele Forscher auf dem Gebiet der Elektronik denken, dass zukünftige Geräte nicht nur die Ladung des Elektrons, sondern auch den Spin des Elektrons nutzen werden, ein Feld, das Spintronik genannt wird", sagte Jacob. "Die Frage ist, wie man Photonik und Spintronik verbindet. Wir müssten einige dieser Spineigenschaften von Licht nutzen, um mit der Spintronik in Verbindung zu treten, so dass wir sowohl Photonen als auch Elektronen in Geräten verwenden könnten."

Die Forscher haben herausgefunden, dass Spin-Impuls-Locking unvermeidlich ist, wenn Lichtwellen zerfallen.

"Wenn man Licht entlang einer optischen Faser überträgt, ist das meiste Licht in der Faser eingeschlossen, aber ein kleiner Teil fällt außerhalb der Faser, und dies bezeichnen wir als die abklingende evaneszente Lichtwelle", sagte Jacob. "Was wir gezeigt haben, war, dass diese evaneszenten Wellen der fundamentale Grund dafür sind, dass die Spin-Impuls-Verriegelung in praktischen Szenarien allgegenwärtig ist."

Die Arbeiten laufen noch und können Experimente mit einem schwebenden Nanopartikel beinhalten, um die Spin-Impuls-Eigenschaften von Licht zu untersuchen.

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