Raziskovalci razširijo simulacijsko orodje za pomoč pri oblikovanju naslednje generacije fotonskih in kvantnih naprav

Raziskovalci z Univerze za tehnologijo in oblikovanje v Singapurju (SUTD) in Nacionalne univerze v Singapurju (NUS) so razširili simulacijsko orodje, ki se običajno uporablja v fiziki plazme, da bi bolje razumeli in oblikovali fotonske in kvantne naprave. Posodobljena metoda, ki temelji na dobro uveljavljeni tehniki delcev v celici (PIC), omogoča znanstvenikom, da sočasno modelirajo obnašanje naprav v velikem obsegu in sledijo podrobni elektronski dinamiki, doslej nedosegljivi ravnovesju v računalniškem modeliranju. Študija opisuje, kako je bila metoda PIC, ki se tradicionalno uporablja za klasične plazme, spremenjena, da vključuje načela fizike kondenzirane snovi.

Ta prilagoditev omogoča simulacijo interakcij med svetlobo in snovjo v kovinah, polprevodnikih in drugih kvantnih materialih, kar ponuja bolj celovit pogled na to, kako ti materiali reagirajo na zunanje dražljaje.

Družabni profesor Wu Lin iz SUTD's Science, Mathematics and Technology Cluster je pojasnil pomen dosežka. "Veliko let so raziskovalci morali izbrati med razumevanjem, kako se obnaša celotna naprava, in gledanjem, kaj počnejo posamezni elektroni", je dejal. "Želeli smo odstraniti ta kompromis. " Namesto ustvarjanja popolnoma novega simulatorja so raziskovalci izboljšali obstoječo računalniško metodo, ki jo že zaupajo fiziki plazme po vsem svetu.

Vendar pa so bili prvotno zasnovani za klasične plazme in niso mogli učinkovito zajeti kvantnega vedenja elektronov v kondenziranih materialih, kot so kovine, polprevodniki in grafeni.

Raziskovalci so preizkusili svoj okvir v različnih sistemih kondenzirane snovi, vključno s plazmonskimi kovinami, ultravijoličnimi silikonskimi nanostrukturami in materiali na osnovi grafena. Njihovi rezultati poudarjajo vsestranskost pristopa za raziskovanje zapletenih elektromagnetnih pojavov, kar kaže na njegov potencial za podporo napredku v več znanstvenih in inženirskih disciplinah.

Z zagotavljanjem natančnejšega in prilagodljivejšega simulacijskega orodja delo postavlja temelje za izboljšane zasnove v optičnih komunikacijskih sistemih, strojni inteligenci, naprednih senzorjih in opremi za medicinsko slikanje.