ათწლეულების განმავლობაში ფოტონიკური მოწყობილობების დაპატარავება სერიოზულ ფიზიკურ ბარიერებს აწყდებოდა. ელექტრონული კომპონენტებისგან განსხვავებით, სინათლის კონცენტრირება უაღრესად მცირე სივრცეებში რთულია, რადგან მისი ტალღის სიგრძე ბევრად აღემატება ელექტრონულ სქემებში გამოყენებულ პარამეტრებს. შედეგად, ფოტონიკური ჩიპები რჩებოდა მოცულობითი, ხოლო ოპტიკური გამოსახულების სისტემები — შეზღუდული გარჩევადობით.

ლითონების ჩანაცვლება დიელექტრიკებით

მკვლევრები ადრე პლაზმონიკას იყენებდნენ, სადაც ლითონების მეშვეობით სინათლეს ტალღის სიგრძეზე უფრო მცირე სივრცეებში ათავსებდნენ. თუმცა, ამ მეთოდს თან ახლდა ენერგიის კარგვა სითბოს სახით, რაც ტექნოლოგიის მასშტაბურობას ზღუდავდა. 2024 წელს პეკინის უნივერსიტეტის პროფესორ რენ-მინ მას ხელმძღვანელობით შემუშავებულმა „სინგულარული დისპერსიის განტოლებამ“ ეს პრობლემა გადაჭრა. მეცნიერებმა დაამტკიცეს, რომ სინათლის კონფინირება შესაძლებელია დანაკარგების გარეშე, მხოლოდ დიელექტრიკული მასალების გამოყენებით.

„ნარვალისებური“ ტალღური ფუნქციები

ჟურნალ eLight-ში გამოქვეყნებული კვლევის თანახმად, ამ ეფექტის საფუძველია ელექტრომაგნიტური რეჟიმების ახალი კლასი, რომელსაც მეცნიერებმა „ნარვალისებური“ ტალღური ფუნქციები უწოდეს. ეს უნიკალური რეჟიმები აერთიანებს ორ ფენომენს: ლოკალურ გაძლიერებას სინგულარობასთან და გლობალურ ექსპონენციურ ჩაქრობას დიდ მანძილებზე.

ექსპერიმენტულად დადასტურებულმა სისტემამ მიაღწია სინათლის დამწყვდევის რეკორდულ მაჩვენებელს — 5 × 10⁻⁷ λ³ მოცულობაში. ეს მიღწევა საფუძველს უყრის „სინგულონიკას“ — ნანოფოტონიკის ახალ მიმართულებას, რომელიც სინათლის მართვას ენერგიის დანაკარგის გარეშე უზრუნველყოფს.

ახალი თაობის ოპტიკური მიკროსკოპი

აღმოჩენის პრაქტიკული გამოყენება უკვე აისახა „სინგულარული ოპტიკური მიკროსკოპის“ შექმნაში. აღნიშნული ტექნოლოგია საშუალებას იძლევა, დავინახოთ სტრუქტურები λ/1000 სივრცითი გარჩევადობით. მეცნიერებმა წარმატებით დააფიქსირეს ისეთი წვრილი დეტალები, როგორიცაა ასოები „PKU“ და „SFM“, რაც აქამდე არსებული მიკროსკოპიის ზღვარს მიღმა იყო.

ეს ტექნოლოგია მნიშვნელოვან როლს ითამაშებს ინფორმაციის ულტრაეფექტურ დამუშავებასა და კვანტურ ოპტიკაში. ნანომასშტაბებში სინათლის მართვის უნარი მრეწველობას აძლევს ინსტრუმენტს, რომელიც ფუნდამენტურად შეცვლის მომავლის ჩიპებისა და სენსორების არქიტექტურას.