研究人员发现可用于光学计算机的对光超敏感的材料

ITMO 研究人员发现了一种对光超敏感的材料。此外，他们能够确定一个参数，这将有助于找到具有高折射系数的其他结构。这一发现将使我们更接近于为光学计算机开发紧凑高效的元件——激光器、芯片和传感器。该研究发表在《纳米光子学》上。

每年，对功能更强大、更先进的计算机的需求都在不断增长。然而，传统的问题在于在其中发挥主要作用的电子。在任何有电流通过的结构中，都有过热的风险，这对计算元素的最小尺寸产生了根本性的限制。这个问题的解决方案在于光学计算机，它可以处理由不加热的光子运动传输的信息，而不是电子。

“当基于电子的机器的任何进一步现代化都无法提高效率时，我们很快就会达到极限。要开始使用光学计算机，我们必须制造尺寸相当的芯片和激光器。我们需要具有高折射系数的材料开发纳米级光学元件。折射系数告诉我们结构对光的反应如何。如果它与光的相互作用很差，那么该设备将相应地工作，”ITMO 物理与工程学院的学生 Anton Shubnic 解释道.

对光高度敏感的材料并不多。其中之一是硅 (Si)，其折射系数为 4。在可见光范围内，没有已知的材料具有更高的折射系数。此外，研究人员承认，目前还不清楚在哪里可以找到它们。经过大量的数学计算，ITMO 大学的物理学家能够确定一个参数，该参数可以指示光在物理实验或复杂计算建模之前通过半导体的速度。该参数取决于材料的电子特性：带隙和电子的有效质量。

“我们将注意力集中在半导体上。这些材料具有带隙，以它们中的大多数已知并且经常使用。在光学中，带隙决定了材料保持透明的最大波长。第二个参数是电子的有效质量。当与材料中的其他粒子相互作用时，电子将充当质量与它们原来不同的粒子，”ITMO 大学介观系统光处理国际实验室负责人 Ivan Iorsh 解释说。

带隙是电子在某种材料中不能具有的能量范围。如果光子的能量小于带隙，则光可以在材料中传播，如果能量更多，则光将被吸收。在光学中，带隙决定了材料保持透明的最大波长。该参数在许多材料中都是已知的，并被积极使用。第二个参数是电子的有效质量。当与材料中的其他粒子相互作用时，电子会表现得好像它们的质量与它们原来的质量不同。这个新质量被称为有效质量。

理论模型表明，这两个参数之间的比率越高，折射系数应该越高。首先，研究人员在硅等已知材料上测试了他们的假设，然后转向研究较少的材料。结果，他们发现了二硒化铼(ReSe 2)，这是一种非常有前途的光学元件材料。结果表明，ReSe 2在可见光范围内的折射系数为 6.5 至 7，明显高于硅。

现在，研究人员正计划通过材料电子特性的开放数据库启动全球搜索，以寻找以前被光学专家忽视的其他高折射率物质。

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