"Det finns en stark drivkraft att göra mindre och mindre enheter, " säger Hui Cao till PhysOrg.com. "Men, det finns begränsningar för vad vi kan göra. Vi vill ha snabbare enheter än vad vi kan få från elektronik, så vi tittar på fotonik. Tyvärr, fotonik, samtidigt som de har potential att vara mycket snabbare, är större i storlek. Enheter som använder elektroner är mindre, på nanoskala, medan fotoniska enheter fortfarande är i mikroskalan som definieras av ljusets våglängd."

Cao är vetenskapsman vid Yale University, och hon förklarar att det största problemet med att skapa fotoniska enheter i nanoskala för att ersätta elektroniska enheter, som i optiska sammankopplingar, är att ljuset inte förblir begränsat på nanoskalan. "Fotonerna läcker ut snabbt, så det måste finnas ett sätt att hålla dem på plats så att det finns tillräckligt med tid för dem att utföra funktioner. Det är också nödvändigt att göra små ljuskällor, som nanolaser på chips, " hon säger.

I ett försök att flytta nanofotoniska enheter ett steg närmare förverkligande, Cao och Q.H. Låt, även på Yale, utarbetat ett sätt att det kan vara möjligt att begränsa ljus i nanostrukturer. Deras arbete beskrivs i Physical Review Letters:"Improving Optical Confinement in Nanostructures via External Mode Coupling."

"Tänk på två lägen, båda är ganska läckande, " Cao förklarar. "Det finns ett A-läge och ett B-läge. Dessa två lägen kan kopplas ihop så att läge A ger en del av dess läckage till läge B. Läge A blir mindre läckande, medan läge B blir mer läckande. Som ett resultat, du har effektivt ökat livslängden för läge A."

Ökningen av livslängden för ett av lägena i denna koppling ger precis vad som behövs för att skapa en situation där ljuset är begränsat. "Det läcker inte längre ut lika mycket för ljus i läge A, och det finns mer tid för funktioner att utföra, " säger Cao. Hon påpekar också att den här typen av extern koppling har varit framgångsrik inom andra områden. "Det är något grundläggande, och när du väl har förmågan att hålla ljus i en nanostruktur, det blir möjligt att överväga mindre fotoniska enheter med hastighetsmöjligheter utöver våra nuvarande elektroniska enheter."

Än så länge, Cao och Song har bara presenterat sina idéer i form av numeriska simuleringar. "Vi har inga experimentella resultat än, men våra omfattande numeriska beräkningar tyder på att detta borde vara möjligt, och ett liknande koncept har använts inom andra områden, såsom resonansfångning i atom- och molekylfysik. Dock, detta tillvägagångssätt har inte använts inom nanofotonik ännu."

Cao tror att de främsta hindren för experiment med denna idé inkluderar fin kontroll över nanostrukturer, samt tillgång till lämpliga faciliteter. "Det finns en utmaning i finkontroll av nanostrukturer, men tekniken finns för att övervinna detta, " säger Cao. "Vi letar främst efter tillgång till de typer av anläggningar som kan tillverka den typ av struktur vi föreslår. Jag tror att den här typen av struktur kan göras med hjälp av nanotillverkningsteknik, med rätt inställning."

Så länge som ett experiment kan utföras för att säkerhetskopiera de numeriska simuleringarna utförda av Cao och Song, det finns en chans att denna teknik kan bidra till att främja användningen av nanofotoniska enheter. "Det är en slags roman, hur vi använder grundläggande fysik för att lösa detta problem, " säger Cao. "Det är också realistiskt, och något som praktiskt skulle kunna användas i nanoteknikens framsteg."

Copyright 2010 PhysOrg.com.
Alla rättigheter förbehållna. Detta material får inte publiceras, utsända, omskrivs eller omdistribueras helt eller delvis utan uttryckligt skriftligt tillstånd från PhysOrg.com.