「材料の量子特性を活用する可能性は、光集積回路が世界中の通信技術における速度と効率の境界を再定義する未来を予見させます。」スイスでは、研究者らが光エレクトロニクスにおいて大きな進歩を遂げました。
MARVELのチームは、Lumiphase、ETH Zurich、EPFL Lausanneと協力して、正方晶チタン酸バリウム（BTO）の光電子特性をシミュレートするための新しい計算フレームワークを開発しました。この強誘電性ペロブスカイト材料は、その優れた光学機能により、次世代光デバイスのシリコンに代わる有望な代替材料です。
Physical Review Bに掲載された新しいフレームワークは、BTOにおけるポッケルス効果をモデル化するための関数に依存しないアプローチを提供します。この効果は、光信号を変調するために重要であり、電場が加えられたときに材料の屈折率を動的に制御できます。チームの発見は、電気通信およびコンピューティング業界に大きな影響を与えます。
改良されたBTOベースの光デバイスは、より高速なデータ転送速度、より低い消費電力、およびより小さなフォームファクタを約束します。チタン原子の位置とポッケルス係数の関係を理解することにより、研究者はデバイスの小型化のために材料を最適化できます。これは、スペースとエネルギー効率が最も重要なスケーラブルな産業アプリケーションにとって重要です。
チームは、スーパーセルを構築し、格子内のチタン原子の意図的なオフセンター変位を導入することにより、虚数フォノン周波数などの課題を克服しました。この変更により、計算モデルが実験データにより密接に一致し、安定した構造を示しました。この研究は、スイスのイノベーション機関であるInnosuisseによって支援されました。
開発されたフレームワークは、精度とスケーラビリティの両方を備えた材料モデリングの先例となります。今後の研究では、ポッケルス現象の周波数依存効果の調査に焦点を当てます。これにより、理論的な理解が深まり、さまざまな条件下で動作するBTOデバイスの実用的な機能が拡張されます。