I ett labb vid USC, Mercedeh Khajavikhan konstruerar nya strukturer som ändrar ljusets form när det transporteras. Hon skapar banbrytande strukturer inom ett vetenskapsområde som kallas fotonik. Hennes arbete är viktigt eftersom det påverkar många saker som används i det dagliga livet, inklusive laser för avbildning och avkänning, fiberoptiska kablar för avancerad kommunikation och datorchips för att öka bearbetningskapaciteten till en nivå som tidigare generationer inte kunde ha drömt om.

Vi kom ikapp Khajavikhan, IBM Early Career ordförande och docent i el- och datorteknik vid USC Viterbi School of Engineering, för att prata om projektet hennes team arbetar med.

Vad jobbar du med?

Vårt labb bedriver forskning som kombinerar banbrytande teorier inom matematik och fysik med fotonik för att skapa nya tekniska konstruktioner som formar ljus på sätt som vi inte skulle kunna göra utan att förena de två områdena.

Vad är fotonik?

Fotonik är ett relativt nytt vetenskapsområde som är cirka 100 år gammalt. Allt handlar om ljus:nya typer av lasrar, holografiska strömmar, ljus som sänder information, olika sätt att projicera ljus och använda det över strukturer. Det handlar om att förändra strukturer vid optikens gränser, att allt ska vara symmetriskt. Om du kommer förbi det, då får du nya möjligheter att få ljuset att röra sig mer effektivt än vanliga lasrar.

Vad är ett "aktivt fotoniskt system"?

Aktiva fotoniska system är material som används för att manipulera ljus, och de är viktigare för det moderna livet än vad folk inser. I medicinsk utrustning, de kan användas för att förbättra avkänning och datainsamling. När det implementeras i halvledare, de ökar beräkningskraften avsevärt. De spelar en viktig roll i navigering, där fotoniska gyroskop ger förbättrade GPS-möjligheter. Ljus kan till och med manipuleras för optisk dataöverföring. Faktiskt, några nya former av vridna ljusstrålar skulle kunna göra hastigheten på vår nuvarande fiberoptik totalt föråldrad.

Vilken typ av företag är intresserade av denna forskning?

Fotonik spelar en viktig roll i så många tekniker, så du kan tänka dig att många branscher är intresserade; allt från kommunikation, transport och försvar, till underhållning, hälsa, och tillverkning. Det är svårt att föreställa sig många teknikområden som inte drar direkt nytta av fotonikforskning. Alla branscher du kan tänka dig skulle direkt dra nytta av mindre, smartare, mer programmerbar teknik – fotonik är avgörande för det.

Ett särskilt område som sticker ut är halvledartillverkning. I dag, USA riskerar att hamna efter våra konkurrenter – med stora konsekvenser för vår ekonomi och säkerhet.

Vad är ditt mål med forskning?

Att flytta vetenskapens gränser. Det som intresserar mig mest är att få kunskap eftersom kunskap är en underbar sak. Jag gillar utmaningen, och fotonik är ett fält där du kan trycka på gränserna för att göra icke-symmetriskt ljus – hur mycket du kan deformera dess struktur och ändå behålla dess form.

Vad ledde dig till teknik istället för traditionell fysik?

Jag ville bli fysiker, men min pappa sa att jag skulle plugga ingenjör för annars hamnar du som gymnasielärare. Genom att arbeta inom elektrofysik, elektroteknik, vi kan göra verkliga applikationer. USC är ett bra ställe för detta eftersom det finns många lärare.

Vad handlar din senaste forskning om?

Vi publicerade en tidning i Naturfysik som visar hur vi byggde en aldrig tidigare skådad form av ljus. Att skapa en ny form av ljus kan ses som att skriva en ny algoritm eller en ny bit datorkod; det har potential att leda till hur många tekniska framsteg som helst, beroende på hur kreativ ingenjören är. Det är möjligt vår lätta form, och andra gillar det, kommer en dag att hjälpa till att förändra karaktären på kommunikation, datoranvändning, transport eller hur många andra branscher som helst som samhället förlitar sig på varje dag.

Ju bättre vi blir på att bygga dessa material, och ju mer kreativt vi tänker på dem, ju mer vi kan göra. Du kanske tänker på fotoniska system som något liknande Legos. Du kan bygga många fantastiska saker med lego, även om bitarna bara ansluter till varandra på två sidor och alltid på samma sätt. Men om du en dag uppfann delar som kunde ansluta på alla sidor och flytta runt och ändra färg, du skulle kunna göra saker du aldrig tidigare föreställt dig. Det är det jag älskar med fotoniska system – varje ny struktur vi designar och varje nytt material vi bygger öppnar för tidigare oanade möjligheter.