Mühendisler son birkaç yılda çeşitli metayüzey tabanlı optik modülatörleri tanıtmış olsa da, şu ana kadar geliştirilen çoğu cihazın çalışması için yüksek voltajlı elektrik sinyalleri gerekiyor. Bu, temel aldıkları meta yüzeylerin optik tepkisini gözle görülür şekilde değiştirmek için kullanıcıların bunlara güçlü bir elektrik alanı uygulaması gerektiği anlamına gelir.
Tokyo Üniversitesi’ndeki araştırmacılar yakın zamanda silikon nanoyapıları organik elektro-optik katmanla birleştiren ve çok düşük voltajlarda ışığı modüle edebilen yeni bir hibrit metayüzey tanıttı. Bu umut verici metayüzey, Doğa Nanoteknolojisiyeni düşük güçlü ve yüksek hızlı optik teknolojiler geliştirmek için kullanılabilir.
Go Soma, Koto Ariu ve meslektaşları makalelerinde şöyle yazdı: “Elektro-optik malzemeleri içeren aktif metayüzeyler, optik iletişim, algılama ve hesaplama dahil olmak üzere çok çeşitli uygulamalar için büyük umut vaat eden yüksek hızlı boş alan optik modülatörlerine olanak tanıyor.”
“Ancak, meta yüzeylerdeki sınırlı ışık-madde etkileşim uzunlukları, tatmin edici bir modülasyon elde etmek için tipik olarak onlarca volt’u aşan yüksek sürüş voltajları gerektirir. Dimerleştirilmiş ızgara tabanlı nanoyapılara sahip silikon-organik-hibrit meta yüzeylere dayalı düşük voltajlı, yüksek hızlı boş alan optik modülatörleri sunuyoruz.”
Özellikle Soma, Ariu ve meslektaşları tarafından tasarlanan hibrit metayüzey, mevcut tamamlayıcı metal-oksit-yarı iletken (CMOS) cihazların nanofabrikasyon süreçleriyle uyumludur; bu, mevcut cihazlarla birleştirilmesinin ve gerçek dünya ortamlarında konuşlandırılmasının daha kolay olabileceği anlamına gelir. Metayüzey, ışığı dikkatle tasarlanmış nanoyapılarla etkili bir şekilde sınırlandırır ve bu, sonuçta modülasyon yeteneklerini geliştirir.
İlk testlerde, meta yüzeyin ışığı olağanüstü hızlarda modüle ettiği ve çalışması için düşük voltaj gerektirdiği bulundu. Bu nedenle, daha önce geliştirilen metasurface tabanlı optik modülatörlerle karşılaştırıldığında, ekibin metasurface’i güç tüketimini önemli ölçüde azaltabilir.
Yazarlar, “Yüksek Q rezonans modunu kullanarak, normalde gelen ışık, organik elektro-optik malzemeyle gömülü mikrometre altı ölçekli bir silikon yuva bölgesi içinde etkili bir şekilde hapsedilir” diye yazdı. “Sonuç olarak, sırasıyla yalnızca 0,2 V ve 1 V sürüş voltajlarıyla 50 Mbps ve 1,6 Gbps’de veri iletimini mümkün kılan yüksek verimli modülasyon elde ediliyor. Bu metasurface modülatörleri artık CMOS uyumlu voltaj seviyelerinde çalışabilir ve aktif metasurfacelerin enerji açısından verimli, yüksek hızlı pratik uygulamalarına olanak tanır.”
Gelecekte Soma, Ariu ve işbirlikçilerinin son çalışmaları, çeşitli teknolojilerin daha da geliştirilmesine katkıda bulunabilir; örneğin yeni yüksek hızlı iletişim ve algılama sistemlerinin geliştirilmesine olanak sağlayabilir. Diğer araştırma ekipleri bu çalışmadan ilham alabilir ve optik modülatörlerin enerji verimliliğini artırmak için benzer nanomühendislik stratejilerini keşfedebilir.
Sizin için yazarımız Ingrid Fadelli tarafından yazılan, editörlüğü Robert Egan tarafından yapılan bu makale, insanların dikkatli çalışmasının sonucudur. Bağımsız bilim gazeteciliğini canlı tutmak için sizin gibi okuyuculara güveniyoruz. Bu raporlama sizin için önemliyse lütfen bağış yapmayı düşünün (özellikle aylık). Bir alacaksın reklamsız bir teşekkür olarak hesaplayın.
