„Potencjał wykorzystania kwantowych właściwości materiałów zapowiada przyszłość, w której fotoniczne układy scalone na nowo zdefiniują granice szybkości i wydajności w technologiach komunikacyjnych na całym świecie”. W Szwajcarii naukowcy poczynili znaczący postęp w optoelektronice.
Zespół z MARVEL, we współpracy z Lumiphase, ETH Zurich i EPFL Lausanne, opracował nowatorskie ramy obliczeniowe do symulacji charakterystyk optoelektronicznych tetragonalnego tytanianu baru (BTO). Ten ferroelektryczny materiał perowskitowy jest obiecującą alternatywą dla krzemu w fotonicznych urządzeniach nowej generacji ze względu na swoje doskonałe funkcje optyczne.
Nowe ramy, opublikowane w Physical Review B, oferują niezależne od funkcji podejście do modelowania efektu Pockelsa w BTO. Efekt ten, kluczowy dla modulacji sygnałów świetlnych, pozwala na dynamiczną kontrolę współczynnika załamania materiału pod wpływem pola elektrycznego. Odkrycia zespołu mają istotne implikacje dla branży telekomunikacyjnej i komputerowej.
Ulepszone urządzenia fotoniczne oparte na BTO obiecują szybsze przesyłanie danych, niższe zużycie energii i mniejsze rozmiary. Rozumiejąc związek między położeniem atomów tytanu a współczynnikiem Pockelsa, naukowcy mogą zoptymalizować materiał pod kątem miniaturyzacji urządzeń. Jest to kluczowe dla skalowalnych zastosowań przemysłowych, gdzie przestrzeń i efektywność energetyczna są najważniejsze.
Zespół pokonał wyzwania, takie jak urojone częstotliwości fononów, konstruując superkomórki i wprowadzając celowe przesunięcia atomów tytanu w sieci krystalicznej. Ta modyfikacja dopasowała model obliczeniowy bliżej danych eksperymentalnych, wskazując na stabilną strukturę. Badania zostały wsparte przez szwajcarską agencję innowacji, Innosuisse.
Opracowane ramy stanowią precedens dla modelowania materiałów z precyzją i skalowalnością. Przyszłe badania skupią się na badaniu efektów zależnych od częstotliwości zjawiska Pockelsa. Pogłębi to teoretyczne zrozumienie i rozszerzy praktyczne możliwości urządzeń BTO działających w różnych warunkach.