Các nhà khoa học Đại học Yale đã giới thiệu một phương pháp mới để kiểm soát ánh sáng trên một con chip silicon - đặc biệt là hướng của ánh sáng - bằng cách sử dụng sóng âm. Phát hiện này được công bố trên Tạp chí Nature Photonics.

Trong nhiều thập kỷ, các nhà nghiên cứu đã cố gắng thích ứng với các công nghệ quang học được sử dụng rộng rãi - bao gồm laser, máy phát và máy thu - đến các thiết bị dựa trên vi mạch. Peter Rakich, một giáo sư vật lý ứng dụng tại Yale, người đứng đầu nhóm nghiên cứu giải thích: Lĩnh vực lượng tử ánh sáng tích hợp mang lại những đột phá tiềm năng cho các ứng dụng từ thông tin liên lạc hiệu quả tiết kiệm năng lượng đến cảm biến chính xác và thông tin lượng tử.

Một thách thức lớn là thiếu các công nghệ ở quy mô những con chip có thể tạo ra các hoạt động không phản xạ. Chúng bao gồm các bộ cách ly, là “điốt” cho ánh sáng cho phép truyền chỉ theo một hướng và các bộ mạch vòng, tách riêng các sóng ánh sáng chuyển tiếp và ngược lại thành các kênh riêng biệt. Eric Kittlaus, tác giả đầu tiên của nghiên cứu, cho biết: Những loại thiết bị này là công nghệ quan trọng bởi vì chúng cho phép chúng ta kiểm soát và định tuyến ánh sáng trên một con chip. Ví dụ, nếu chúng ta có một ánh sáng laser trên con chip và một số ánh sáng phát ra của nó được phản xạ trở lại bên trong, điều này có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến hiệu suất của thiết bị. Sử dụng một bộ cách ly, chúng ta có thể đảm bảo rằng ánh sáng chỉ được phép thoát khỏi laser của chúng ta.

Trong hầu hết các vật liệu, ánh sáng hoạt động giống nhau dù nó di chuyển về phía trước hoặc phía sau. Các phương pháp hiện có để sản xuất các bộ cách ly quang học thương mại thường liên quan đến các tinh thể garnet tổng hợp tiếp xúc với các nam châm vĩnh cửu. Tuy nhiên, khi xây dựng các thiết bị trên chip, các tinh thể này và từ trường đều không có.

Kết quả là, các nhà khoa học đã dùng phương pháp khác, phương pháp mới này sử dụng điện hoặc âm thanh để điều khiển các mạch quang trên chip để tạo ra sự lan truyền ánh sáng không phản xạ. Cho đến nay, cách tiếp cận đầy hứa hẹn này đã bị cản trở bởi các vấn đề như mất tín hiệu ánh sáng hoặc chỉ có tác dụng với ánh sáng đơn sắc.

Bằng cách kết hợp ánh sáng và âm thanh trên chip silicon, nhóm của Rakich đã chứng minh rằng sóng siêu âm có thể tạo ra sự lan truyền không phản xạ cho ánh sáng qua bước sóng lớn hơn 100 lần so với trước đây, và không bị mất tín hiệu ánh sáng. Ngoài ra còn có một lợi ích khác: Bản thân sóng âm được tạo ra bằng ánh sáng, cho phép các nhà nghiên cứu kiểm soát hình dạng và hướng của sự phát xạ siêu âm theo ý thích. "Các núm" bổ sung cho phép cùng một thiết bị có thể hoạt động trên ánh sáng đa sắc.

Nils Otterstrom, một trong những đồng tác giả của bài báo nói: Chúng tôi rất vui mừng bởi những tác động khoa học và công nghệ của công trình này. Cấu trúc này không chỉ cho phép chúng ta khám phá các hiện tượng vật lý mới, mà còn biểu thị một mốc quan trọng đối với việc hiện thực các công nghệ cách ly và mạch vòng quy mô chip, một trong những thách thức lớn nhất còn lại đối với lượng tử ánh sáng tích hợp.

Nguồn: vista