Лаборатория фотоники функциональных наноматериалов

• Проект «Универсальность Кардара-Паризи-Жанга в двумерных решетках поляритонных конденсатов в открытом перестраиваемом резонаторе»

Описание: Проект направлен на разработку платформы для демонстрации универсальности Кардара-Паризи-Жанга (КПЗ) в 1D и 2D упорядоченных ансамблях поляритонных конденсатов в перестраиваемом микрорезонаторе с галогенидной перовскитной оптически активной средой. Уравнение универсальности КПЗ описывает пространственно-временную эволюцию роста поверхностей [Physical Review Letters 1986, 9, 889-892]. На данный момент универсальность КПЗ продемонстрирована только в 1D системах. Однако, недавние исследования указывают на то, что поляритонные конденсаты могут стать платформой для изучения физики КПЗ в 2D системах [Physical Review Research 2022, 4, 043207]. Экситон-поляритоны (поляритоны) — это гибридные частицы света и материи, состоящие из фотона сильно связанного с экситоном в резонаторе. Эти частицы способны конденсироваться, тем самым приобретая макроскопически когерентное состояние, что делает их пригодными для изучения многочастичных систем.

Почему это интересно? 
Энергоэффективные источники лазерного излучения, управляемые оптически
В конечном итоге на базе поляритонных систем возможно создание компактных устройств поляритонной логики
Кому это нужно? Большой целью на достижение которой направлены усилия участников проекта в перспективе – создание оптического квантового компьютера

Проект выполняется в тесной коллаборации Skoltech (П. Лагудакис) и МФТИ (А. Кавокин)
 

• Проект «Поляритонный конденсат в планарных структурах с оптически активной перовскитной средой для низкопороговой лазерной генерации»

Описание: С каждым годом становится все более актуальным переход от электронной к оптической платформе в области обработки и передачи информации. Это вызвано необходимостью решать всё более сложные вычислительные задач, обучать нейросети, хранить цифровые данные и снижать энергопотребление дата-центров. Фотонные интегральные схемы (PICs) представляют перспективную архитектуру, использующую когерентный свет миниатюрных лазерных источников для передачи информации вместо электрических аналогов. Это позволяет преодолеть ограничения электронных платформ, увеличить пропускную способность и сократить энергопотребление устройств. Для разработки PICs нужно решить задачи уменьшения стоимости оптически активных материалов, улучшить производство интегральных схем и повысить эффективность лазерной генерации в них. Также важно исследовать оптические свойства галогенидных перовскитных наноструктур. Научный проект направлен на разработку оригинального фотонного дизайна для создания низкопорогового поляритонного лазера с оптической и электрической накачкой.

Почему это интересно?

Новый перспективный подход по созданию планарных миниатюрных перовскитных структур, способные поддерживать поляритонный конденсат решает сразу несколько задач:

•Реализация энергоэффективных источников когерентного излучения

•Возможность использовать данную платформу для создания оптических чипов, реализующих операции быстрой передачи данных и обработки информации

Кому это нужно? Большой целью на достижение которой направлены усилия участников проекта в перспективе – создание оптического квантового компьютера и создание платформы для оптических чипов на базе галогенидных перовскитов

• Проект «Нанолазеры и микролазеры на основе новых наноматериалов и современных оптических архитектур»

Описание: Целью проекта является разработка новых наноматериалов и нанофотонных дизайнов для создания нано- и микролазеров видимого диапазона, работающих при комнатной температуре, при этом обладающих сверхкомпактными размерами, сверхбыстрым режимом модуляции генерации, низкими порогами генерации, работающих от непрерывной оптической или электрической накачки, позволяющих осуществлять контроль поляризационных и пространственных характеристик генерируемого ими излучения, а также интегрированных с волноведущими системами.

Реализация каждого из вышеперечисленных свойств разрабатываемых лазеров является отдельной задачей, связанной в единую цепочку взаимозависимых исследовательских циклов, включающих в себя теоретическую разработку архитектур устройств, создание качественных образцов, проведение первичных экспериментов, уточнение теоретических моделей и оптимизация технологии, экспериментальная реализация наиболее оптимизированного дизайна с необходимыми параметрами.

Основными задачами являются разработка новых теоретических моделей и синтез новых наноматериалов, после чего производится многостадийная характеризация полученных образцов, а также их интеграция с другими нанофотонными дизайнами. После повторения ряда циклов проект достигает цели - создаются нано- и микролазеры с необходимыми свойствами.

Почему это интересно?

Компактные источники лазерного излучения являются перспективными элементами для разработки фотонных интегральных схем и оптических чипов, способных быстро обрабатывать и передавать большие объемы информации.

Кому это нужно? Результаты проекта в последствии могут широко использоваться в области интегральной фотоники и оптических чипов

• Проект «Мемристоры высшего порядка, управляемые оптоэлектрическими стимулами, на основе галогенидных перовскитов, интегрированных с углеродными наноматериалами»

Описание: В данном проекте мы исследуем мемристоры на основе комбинации галогенидных перовскитов и углеродных наноматериалов для создания искусственных оптических нейронов. Мы разрабатываем новые оптоэлектронные материалы, исследуем их под действием гибридной оптоэлектрической накачке при комнатных и криогенных температурах. Ожидаемая функциональность нейронов на созданных мемристорах открывает путь для разработки принципиально новых устройств для нейроморфных вычислений высокого порядка.

Данный проект является коллаборацией трех ведущих вузов страны МФТИ, ИТМО и Сколтеха и направлен на исследование новых компьютерных архитектур.

Почему это интересно?

•Нейроморфные вычисления (подобные работе мозга) являются перспективным направлением для нового способа вычислений

•Подход является более энергоэффективнее и быстрее при решении определенных задач в сравнении с традиционной архитектурой вычислительных стрйоств

•Используемые дизайны и материалы управляемы как электрически, так и оптически.

•Используемые материалы дешевы и просты в производстве

Кому это нужно? Помимо получения фундаментальных знаний проектом заинтересован индустриальный партнер – компания МИКРОН (разработка чипов на основе созданных мемристоров).