"Tiềm năng khai thác các đặc tính lượng tử của vật liệu báo trước một tương lai nơi các mạch tích hợp quang tử định nghĩa lại ranh giới về tốc độ và hiệu quả trong công nghệ truyền thông trên toàn thế giới." Tại Thụy Sĩ, các nhà nghiên cứu đã có một bước tiến quan trọng trong lĩnh vực quang điện tử.
Một nhóm tại MARVEL, hợp tác với Lumiphase, ETH Zurich và EPFL Lausanne, đã phát triển một khuôn khổ tính toán mới để mô phỏng các đặc tính quang điện tử của barium titanate tứ giác (BTO). Vật liệu perovskite sắt điện này là một giải pháp thay thế đầy hứa hẹn cho silicon trong các thiết bị quang tử thế hệ tiếp theo do các chức năng quang học vượt trội của nó.
Khuôn khổ mới, được công bố trên Physical Review B, cung cấp một phương pháp tiếp cận độc lập về chức năng để mô hình hóa hiệu ứng Pockels trong BTO. Hiệu ứng này, rất quan trọng để điều chỉnh tín hiệu ánh sáng, cho phép kiểm soát động chỉ số khúc xạ của vật liệu khi chịu tác dụng của điện trường. Những phát hiện của nhóm có ý nghĩa quan trọng đối với ngành viễn thông và điện toán.
Các thiết bị quang tử dựa trên BTO được cải tiến hứa hẹn tốc độ truyền dữ liệu nhanh hơn, tiêu thụ điện năng thấp hơn và hệ số hình thức nhỏ hơn. Bằng cách hiểu mối quan hệ giữa vị trí nguyên tử titan và hệ số Pockels, các nhà nghiên cứu có thể tối ưu hóa vật liệu để thu nhỏ thiết bị. Điều này rất quan trọng đối với các ứng dụng công nghiệp có khả năng mở rộng, nơi hiệu quả về không gian và năng lượng là tối quan trọng.
Nhóm nghiên cứu đã vượt qua những thách thức như tần số phonon ảo bằng cách xây dựng các siêu ô và đưa vào các dịch chuyển lệch tâm có chủ ý của các nguyên tử titan trong mạng tinh thể. Sửa đổi này đã điều chỉnh mô hình tính toán gần hơn với dữ liệu thực nghiệm, cho thấy một cấu trúc ổn định. Nghiên cứu được hỗ trợ bởi cơ quan đổi mới của Thụy Sĩ, Innosuisse.
Khuôn khổ đã phát triển đặt ra một tiền lệ cho mô hình hóa vật liệu với cả độ chính xác và khả năng mở rộng. Nghiên cứu trong tương lai sẽ tập trung vào việc khám phá các hiệu ứng phụ thuộc tần số của hiện tượng Pockels. Điều này sẽ làm sâu sắc thêm sự hiểu biết lý thuyết và mở rộng khả năng thực tế cho các thiết bị BTO hoạt động trong các điều kiện đa dạng.