Ny forskning från University of Surrey har visat att kisel kan vara ett av de mest kraftfulla materialen för fotonisk informationsmanipulation – vilket öppnar upp för nya möjligheter för produktion av lasrar och bildskärmar.

Medan datorchips extraordinära framgång har bekräftat att kisel är det främsta materialet för elektronisk informationskontroll, kisel har ett rykte som ett dåligt val för fotonik; det finns inga kommersiellt tillgängliga lysdioder av kisel, lasrar eller displayer.

Nu, i en tidning utgiven av Ljus:Vetenskap och tillämpningar tidning, ett Surrey-ledd internationellt team av forskare har visat att kisel är en enastående kandidat för att skapa en enhet som kan styra flera ljusstrålar.

Upptäckten innebär att det nu är möjligt att producera kiselprocessorer med inbyggd förmåga för ljusstrålar att styra andra strålar – vilket ökar hastigheten och effektiviteten i elektronisk kommunikation.

Detta är möjligt tack vare våglängdsbandet som kallas det långt infraröda eller terahertzområdet i det elektromagnetiska spektrumet. Effekten fungerar med en egenskap som kallas olinjäritet, som används för att manipulera laserstrålar – till exempel, byter färg. Gröna laserpekare fungerar på detta sätt:de tar utsignalen från en mycket billig och effektiv men osynlig infraröd laserdiod och ändrar färgen till grönt med en olinjär kristall som halverar våglängden.

Andra typer av olinjäritet kan producera en utgående stråle med en tredjedel av våglängden eller användas för att omdirigera en laserstråle för att styra riktningen för strålens information. Ju starkare olinjäriteten är, desto lättare är det att styra med svagare ingångsstrålar.

Forskarna fann att kisel har den starkaste olinjäriteten av denna typ som någonsin upptäckts. Även om studien utfördes med kristallen kyld till mycket låga kryogena temperaturer, sådana starka olinjäriteter gör att extremt svaga strålar kan användas.

Ben Murdin, medförfattare till studien och professor i fysik vid University of Surrey, sa, "Vårt fynd var tur eftersom vi inte letade efter det. Vi försökte förstå hur ett mycket litet antal fosforatomer i en kiselkristall kunde användas för att göra en kvantdator och hur man använder ljusstrålar för att styra lagrad kvantinformation i fosforatomerna.

"Vi blev förvånade när vi upptäckte att fosforatomerna återutsände ljusstrålar som var nästan lika ljusa som den mycket intensiva lasern vi lyste på dem. Vi ställde in data i ett par år medan vi funderade på att bevisa var strålarna fanns. kommer från. Det är ett bra exempel på hur vetenskapen går fram av en slump, och även hur pan-europeiska team fortfarande kan arbeta tillsammans mycket effektivt."