«Потенциал использования квантовых свойств материалов предвещает будущее, в котором фотонные интегральные схемы переопределят границы скорости и эффективности в технологиях связи во всем мире». В Швейцарии исследователи добились значительных успехов в оптоэлектронике.
Группа из MARVEL в сотрудничестве с Lumiphase, ETH Zurich и EPFL Lausanne разработала новую вычислительную структуру для моделирования оптоэлектронных характеристик тетрагонального титаната бария (BTO). Этот сегнетоэлектрический перовскитный материал является многообещающей альтернативой кремнию для фотонных устройств следующего поколения благодаря своим превосходным оптическим функциям.
Новая структура, опубликованная в Physical Review B, предлагает функционально-независимый подход к моделированию эффекта Поккельса в BTO. Этот эффект, имеющий решающее значение для модуляции световых сигналов, позволяет динамически контролировать показатель преломления материала при воздействии электрического поля. Результаты команды имеют значительные последствия для телекоммуникационной и компьютерной отраслей.
Улучшенные фотонные устройства на основе BTO обещают более высокую скорость передачи данных, более низкое энергопотребление и меньшие форм-факторы. Понимая взаимосвязь между положением атомов титана и коэффициентом Поккельса, исследователи могут оптимизировать материал для миниатюризации устройств. Это имеет решающее значение для масштабируемых промышленных применений, где пространство и энергоэффективность имеют первостепенное значение.
Команда преодолела такие проблемы, как мнимые частоты фононов, путем построения суперячеек и введения преднамеренных внецентровых смещений атомов титана внутри решетки. Эта модификация привела вычислительную модель в большее соответствие с экспериментальными данными, что указывает на стабильную структуру. Исследование было поддержано швейцарским инновационным агентством Innosuisse.
Разработанная структура создает прецедент для моделирования материалов с точностью и масштабируемостью. Будущие исследования будут сосредоточены на изучении частотно-зависимых эффектов явления Поккельса. Это углубит теоретическое понимание и расширит практические возможности для устройств BTO, работающих в различных условиях.