"Il potenziale di sfruttare le proprietà quantistiche dei materiali preannuncia un futuro in cui i circuiti integrati fotonici ridefiniranno i confini di velocità ed efficienza nelle tecnologie di comunicazione in tutto il mondo." In Svizzera, i ricercatori hanno fatto un passo significativo nell'optoelettronica.
Un team di MARVEL, in collaborazione con Lumiphase, ETH Zurich ed EPFL Lausanne, ha sviluppato un nuovo framework computazionale per simulare le caratteristiche optoelettroniche del titanato di bario tetragonale (BTO). Questo materiale perovskite ferroelettrico è una promettente alternativa al silicio per i dispositivi fotonici di nuova generazione grazie alle sue superiori funzionalità ottiche.
Il nuovo framework, pubblicato su Physical Review B, offre un approccio indipendente dalla funzione per modellare l'effetto Pockels nel BTO. Questo effetto, cruciale per modulare i segnali luminosi, consente il controllo dinamico dell'indice di rifrazione di un materiale quando sottoposto a un campo elettrico. I risultati del team hanno implicazioni significative per le industrie delle telecomunicazioni e dell'informatica.
I dispositivi fotonici migliorati basati su BTO promettono velocità di trasferimento dati più elevate, un minore consumo energetico e fattori di forma più piccoli. Comprendendo la relazione tra il posizionamento degli atomi di titanio e il coefficiente di Pockels, i ricercatori possono ottimizzare il materiale per la miniaturizzazione dei dispositivi. Questo è fondamentale per le applicazioni industriali scalabili in cui lo spazio e l'efficienza energetica sono fondamentali.
Il team ha superato sfide come le frequenze fononiche immaginarie costruendo supercelle e introducendo spostamenti intenzionali fuori centro degli atomi di titanio all'interno del reticolo. Questa modifica ha allineato il modello computazionale più strettamente ai dati sperimentali, indicando una struttura stabile. La ricerca è stata supportata dall'agenzia svizzera per l'innovazione, Innosuisse.
Il framework sviluppato stabilisce un precedente per la modellazione dei materiali con precisione e scalabilità. La ricerca futura si concentrerà sull'esplorazione degli effetti dipendenti dalla frequenza del fenomeno di Pockels. Ciò approfondirà la comprensione teorica ed espanderà le capacità pratiche per i dispositivi BTO che operano in diverse condizioni.