Lidé zažívají svět ve třech dimenzích, ale spolupráce v Japonsku vyvinula způsob, jak vytvořit syntetické dimenze, aby lépe porozuměli základním zákonům vesmíru a případně je aplikovat na pokročilé technologie.
Zveřejnili své výsledky 28. ledna 2022 ve vědeckém pokroku.
„Koncept dimenze se v minulých letech stal ústředním příslušenstvím v různých oborech současné fyziky a technologie,“ řekl autor papíru Toshihiko Baba, profesor na Katedře elektrického a počítačového inženýrství, Yokohama National University.„Zatímco dotazy do nižší dimenzionálních materiálů a struktur byly plodné, rychlý pokrok v topologii odhalil další hojnost potenciálně užitečných jevů v závislosti na rozměrnosti systému, dokonce přesahoval tři prostorové rozměry dostupné ve světě kolem nás kolem nás."
Topologie odkazuje na rozšíření geometrie, která matematicky popisuje prostory s vlastnostmi zachovanými při nepřetržitém zkreslení, jako je zvrat mobiusovy proužku.V kombinaci se světlem lze podle Baby tyto fyzické prostory zaměřit způsobem, který umožňuje vědcům vyvolat vysoce komplikované jevy.
Ve skutečném světě, od linie po čtverec po krychli, každá dimenze poskytuje více informací a také vyžaduje více znalostí, aby to bylo přesně popsat.V topologické fotonice mohou vědci vytvářet další rozměry systému, což umožňuje více stupňů svobody a mnohostrannou manipulaci s vlastnostmi dříve nepřístupnými.
„Syntetické rozměry umožnily využívat koncepty s vyšší dimenzi v nižších dimenzionálních zařízeních se sníženou složitostí a také řídit funkce kritických zařízení, jako je optická izolace na čipu,“ řekla Baba.
Vědci vymysleli syntetickou dimenzi na rezonátoru křemíkového prstenu pomocí stejného přístupu použitého k vytváření doplňkových oxidů kovových oxidu (CMOS), počítačového čipu, který může uložit určitou paměť.Rezonátor prstenu aplikuje průvodce na ovládání a rozdělení světelných vln podle konkrétních parametrů, jako jsou konkrétní šířka pásma.
Podle Baby získalo fotonické zařízení rezonátoru křemíkového prstence optická spektra „hřebenového“, což mělo za následek spojené režimy odpovídající jednorozměrnému modelu.Jinými slovy, zařízení vytvořilo měřitelnou vlastnost - syntetickou dimenzi -, která vědcům umožnila odvodit informace o zbytku systému.
Zatímco vyvinuté zařízení obsahuje jeden prsten, více by mohlo být naskládáno na kaskádové efekty a rychle charakterizovat optické frekvenční signály.
Kriticky, řekl Baba, jejich platforma, dokonce i se stohovanými prsteny, je mnohem menší a kompaktní než předchozí přístupy, které používaly optická vlákna spojená s různými komponenty.
„Školabilnější platforma pro čipové čipy silikonu poskytuje značný pokrok, protože umožňuje, aby fotonika se syntetickými rozměry těžila ze zralých a sofistikovaných komerčních výrobních nástrojů CMOS a zároveň vytvářela prostředky pro vícerozměrné topologické jevy, které mají být zavedeny do nových aplikací zařízení, “Řekla Baba.
Flexibilita systému, včetně schopnosti jej rekonfigurovat podle potřeby, doplňuje ekvivalentní statické prostory v reálném prostoru, což by mohlo pomoci vědcům obejít rozměrové omezení reálného prostoru, aby porozuměly jevům i za tři dimenze, podle Baba.
"Tato práce ukazuje možnost, že topologická a syntetická dimenze může být použita prakticky s platformou pro integraci silikonové fotoniky," řekla Baba.„Dále plánujeme sbírat všechny topologické a syntetické fotonické prvky, abychom vytvořili topologický integrovaný obvod."
Prozkoumejte dále
Synthetic dimensions enable a new way to construct higher-order topological insulatorsMore information:Armandas Balčytis, Synthetic dimension band structures on aSi CMOS photonic platform, Science Advances (2022).DOI: 10.1126/sciadv.abk0468. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abk0468Journal information:Provided byYokohama National UniversityCitation: Shining a light on synthetic dimensions (2022, January 28) retrieved 29 January 2022 from This document is subject to copyright. Apart from any fair dealing for the purpose of private study or research, nopart may be reproduced without the written permission. The content is provided for information purposes only.