I ricercatori di Skoltech e i loro colleghi hanno proposto un dispositivo fotonico da due risonatori ottici con cristalli liquidi al loro interno per studiare le proprietà ottiche di questo sistema che può essere utile per le future generazioni di dispositivi optoelettronici e spinoptronici. Il documento è stato pubblicato sulla rivista Revisione fisica B .

Il tipo più semplice di risonatore ottico è costituito da due specchi direttamente uno di fronte all'altro, "spremendo" la luce tra di loro. Quando ti trovi all'interno di un risonatore a specchio, vedi infinite copie di te stesso negli specchi; quando un cristallo liquido, del tipo che si trova sullo schermo del computer e dello smartphone, viene inserito in un risonatore molto più piccolo e un po' più complesso, cose interessanti tendono ad accadere. Poiché l'orientamento delle molecole di cristalli liquidi può essere modificato applicando una corrente elettrica, i ricercatori sono stati in grado di controllare varie caratteristiche della propagazione della luce all'interno del risonatore e, in un certo senso, simulare il funzionamento di dispositivi elettronici ampiamente utilizzati nelle nostre vite utilizzando i fotoni.

"Una delle principali tendenze in fisica ora è la transizione dai sistemi di calcolo elettronici a quelli fotonici, poiché questi ultimi sono in grado di aumentare notevolmente la velocità di elaborazione e trasmissione delle informazioni, nonché di ridurre potenzialmente in modo significativo il consumo di energia. Ecco perché gli studi di vari tipi di architetture fotoniche sintonizzabili che imitano le proprietà degli analoghi elettronici attirano grande interesse, "dice Pavel Kokhanchik, Studente di Master presso Skoltech e primo autore del documento.

Kochanchik, Il professor Skoltech Pavlos Lagoudakis e i loro colleghi hanno deciso di vedere cosa succede se due di questi risonatori ottici pieni di cristalli liquidi sono stati posizionati molto vicini l'uno all'altro, ad una distanza di alcuni micrometri. I ricercatori si aspettavano di rivelare nuove proprietà non inerenti a una singola microcavità a cristalli liquidi (risuonatore), che è stato studiato di recente in collaborazione con i colleghi dell'Università di Varsavia.

I risonatori, condividendo lo stesso "pool" di fotoni che li impiglia, si comportano come due pendoli, quale, quando messo nelle immediate vicinanze, si sincronizzerà per condividere la stessa frequenza. Il team ha scoperto che in questo caso, la luce acquista nuove proprietà, studiato in un campo chiamato fisica topologica. Queste proprietà possono essere ottimizzate, quindi il dispositivo aumenta il numero di sistemi fisici che possono essere imitati sia per studi fondamentali che per uso pratico.

"Il nostro lavoro è solo un piccolo passo nel vasto campo di ricerca degli analoghi fotonici dei sistemi elettronici allo stato solido. Alla ricerca fondamentale seguirà sicuramente la compattazione di questi dispositivi, la loro produzione su un chip su scala industriale, e la loro integrazione nei dispositivi di tutti i giorni, ma al momento questa è una prospettiva piuttosto lontana, "Note di Pavel Kokhanchik.

Gli scienziati hanno in programma di implementare sperimentalmente una doppia cavità a cristalli liquidi per dimostrare la ricca fisica postulata nel documento. Continueranno inoltre la ricerca di sistemi simili a doppia microcavità e li studieranno nel regime di accoppiamento forte luce-materia.