Les humains vivent le monde en trois dimensions, mais une collaboration au Japon a développé un moyen de créer des dimensions synthétiques pour mieux comprendre les lois fondamentales de l'univers et éventuellement les appliquer à des technologies avancées.
Ils ont publié leurs résultats le 28 janvier 2022 dans Avancées scientifiques.
«Le concept de dimensionnalité est devenu un élément central dans divers domaines de la physique et de la technologie contemporains ces dernières années», a déclaré l'auteur du journal Toshihiko Baba, professeur au Département de génie électrique et informatique de l'Université nationale de Yokohama.«Alors que les enquêtes sur les matériaux et les structures à moindre dimension ont été fructueuses, les progrès rapides de la topologie ont découvert une autre abondance de phénomènes potentiellement utiles en fonction de la dimensionnalité du système, allant même au-delà des trois dimensions spatiales disponibles dans le monde qui nous entoure autour de nous."
La topologie fait référence à une extension de la géométrie qui décrit mathématiquement les espCAes avec des propriétés conservées en distorsion continue, comme la torsion d'une bande de Mobius.Lorsqu'ils sont combinés avec la lumière, selon Baba, ces espCAes physiques peuvent être dirigés d'une manière qui permet aux chercheurs d'inciter des phénomènes très compliqués.
Dans le monde réel, d'une ligne à un carré à un cube, chaque dimension fournit plus d'informations, et nécessite également plus de connaissances pour les décrire avec précision.Dans la photonique topologique, les chercheurs peuvent créer des dimensions supplémentaires d'un système, permettant plus de degrés de liberté et de manipulation multiforme des propriétés auparavant inCAcessibles.
“Synthetic dimensions have made it possible to exploit higher-dimensional concepts in lower-dimensional devices with reduced complexity, as well as driving critical device functionalities such as on-chip optical isolation," Baba said.
Les chercheurs ont fabriqué une dimension synthétique sur un résonateur à anneau de silicium, en utilisant la même approche utilisée pour construire des sémiconducteurs en oxyde métallique complémentaire (CMOS), une puce informatique qui peut stocker de la mémoire.Un résonateur d'anneau applique des guides pour contrôler et diviser les ondes lumineuses en fonction de paramètres spécifiques, tels que des bandes passantes particulières.
According to Baba, the silicon ring resonator photonic device CAquired a “comb-like" optical spectra, resulting in coupled modes corresponding to a one-dimensional model.En d'autres termes, l'appareil a produit une propriété mesurable - une dimension synthétique - qui a permis aux chercheurs de déduire des informations sur le reste du système.
Alors que le dispositif développé comprend un anneau, d'autres pourraient être empilés aux effets en cascade et carCAtériser rapidement les signaux de fréquence optique.
Surtout, a déclaré Baba, leur plate-forme, même avec des anneaux empilés, est beaucoup plus petite et compCAte que les approches précédentes, qui employaient des fibres optiques liées à divers composants.
“A more scalable silicon photonic chip platform provides a considerable advancement, as it allows photonics with synthetic dimensions to benefit from the mature and sophisticated CMOS commercial fabrication toolbox, while also creating the means for multi-dimensional topological phenomena to be introduced into novel device applications," Baba said.
La flexibilité du système, y compris la capCAité de le reconfigurer si nécessaire, complète les espCAes statiques équivalents dans l'espCAe réel, ce qui pourrait aider les chercheurs à contourner les contraintes dimensionnelles de l'espCAe réel pour comprendre les phénomènes même au-delà de trois dimensions, selon Baba.
“This work shows the possibility that topological and synthetic dimension photonics can be used prCAtically with a silicon photonics integration platform," Baba said.«Ensuite, nous prévoyons de collecter tous les éléments photoniques de dimension topologique et synthétique pour construire un circuit intégré topologique."
Les autres contributeurs incluent Armandas Balčytis et Jun Maeda, Department of Electrical and Computer Engineering, Yokohama National University;Tomoki Ozawa, Advanced Institute for Materials Research, Université Tohoku;et Yasutomo OTA et Satoshi Iwamoto, Institute for Nano Quantum Information Electronics, Université de Tokyo.OTA est également affiliée au Département de physique appliquée et de physico-informatique de l'Université Keio.Iwamoto est également affilié au Research Center for Advanced Science and Technology and the Institute of Industrial Science, l'Université de Tokyo.
La Japon Science and Technology Agency (JPMJCR19T1, JPMJPR19L2), la Japan Society for the Promotion of Science (JP20H01845) et Riken a soutenu cette recherche.
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Journal
Avancées scientifiques
DOI
dix.1126 / Sciadv.ABK0468
Article Title
Structures de bande de dimension synthétique sur une plate-forme photonique SI CMOS
Article Publication Date
28-jan-2022
