Wissenschaftler haben neue Teilchen entdeckt, die die Grundlage für eine zukünftige technologische Revolution auf der Grundlage photonischer Schaltkreise bilden und zur Entwicklung ultraschneller Berechnungsmethoden auf der Basis von Licht führen könnten. Das Rechnen basiert heute auf Elektronik, bei der Elektronen zum Codieren und Übertragen von Informationen verwendet werden. Aufgrund bestimmter grundlegender Einschränkungen, wie z. B. des Energieverlusts beim Widerstandserhitzen, wird erwartet, dass Photonen Elektronen ersetzen, und es wird futuristische Computer geben, die auf Licht basieren und viel schneller und effizienter sind als elektronische.
Die Physiker der University of Exeter haben einen wichtigen Schritt in Richtung dieses Ziels getan, indem sie neue Teilchen entdeckt haben, die halb Licht, halb Materie sind und eine Reihe bemerkenswerter Eigenschaften von Graphen erben.
Was wird die Elektronik ersetzen?
Die Entdeckung der Wissenschaftler öffnet die Tür zur Entwicklung photonischer Schaltkreise, die alternative Teilchen verwenden, die als masselose Dirac-Polaritonen bekannt sind, um Informationen anstelle von Elektronen zu übertragen.
Dirac-Polaritonen stammen aus Wabenmetasoberflächen, ultradünnen Materialien, die mit nanoskaligen Strukturen konstruiert sind, die viel kleiner als die Wellenlänge des Lichts sind.
Eine einzigartige Eigenschaft von Dirac-Partikeln ist, dass sie masselose relativistische Partikel imitieren und sich so sehr effizient fortbewegen können. Diese Tatsache macht Graphen zu einem der leitfähigsten Materialien, die dem Menschen bekannt sind.
Trotz der ungewöhnlichen Eigenschaften solcher Materialien sind sie äußerst schwer zu kontrollieren. Beispielsweise ist es in Graphen unmöglich, elektrische Ströme mit einem einfachen elektrischen Potential ein- und auszuschalten, was die mögliche Verwendung von Graphen in elektronischen Geräten begrenzt. Dieser grundlegende Fehler - mangelnde Anpassung - wurde von Physikern an der University of Exeter erfolgreich behoben.
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Wissenschaftler haben gezeigt, dass es durch Einbetten von Wabenmetasoberflächen zwischen zwei reflektierenden Spiegeln und Ändern des Abstands zwischen ihnen möglich ist, die grundlegenden Eigenschaften von Dirac-Polaritonen auf einfache, kontrollierbare und reversible Weise abzustimmen. Dies wurde auch erreicht, weil Dirac-Polaritonen eine Mischung aus Licht- und Materiekomponenten sind. Es ist diese hybride Natur, die es ermöglicht, ihre grundlegenden Eigenschaften durch Manipulieren nur der Lichtkomponente abzustimmen, was in Graphen nicht möglich ist.
