Neuinterpretation des optischen Diodeneffekts für eine verbesserte Effizienz des optischen Isolators

Im Herzen der globalen Internetkonnektivität bildet die optische Kommunikation eine unverzichtbare Grundlage. Der Schlüssel zu dieser Grundlage sind optische Isolatoren, die durch die Kombination mehrerer Komponenten entstehen.

Das Ergebnis ist eine komplexe Struktur, die Licht nur in eine Richtung überträgt, um Schäden an Lasern zu verhindern und Rauschen durch Vermeidung der Lichtumkehr zu minimieren.

Einige magnetische Materialien haben jedoch einen optischen Diodeneffekt – eine unkonventionelle, nichtreziproke Absorption von Licht, die sich im Material selbst manifestiert. Dieser Effekt führt zu einer Änderung der Transmission abhängig von der Richtung, in die sich das Licht ausbreitet. Wenn dieses Phänomen verbessert werden kann, wird erwartet, dass optische Isolatoren kompakter und effizienter hergestellt werden können.

Ein Forscherteam unter der Leitung von Associate Professor Kenta Kimura von der Graduate School of Engineering der Osaka Metropolitan University untersuchte das Phänomen der nichtreziproken optischen Absorption im magnetoelektrischen Antiferromagneten LiNiPO4 bei kurzwelligen Infrarotwellenlängen.

Ihre Ergebnisse werden in veröffentlicht Briefe zur körperlichen Untersuchung.

Ihre Ergebnisse zeigten, dass sich der Absorptionskoeffizient um den Faktor zwei oder mehr unterscheidet, wenn die Richtung der Lichtausbreitung umgekehrt wird. Diese große nichtreziproke Absorption wird auf die magnetischen Eigenschaften der zweiwertigen Nickelionen (Ni2+) zurückgeführt. Darüber hinaus haben die Forscher gezeigt, dass es möglich ist, den optischen Diodeneffekt mit einem angelegten Magnetfeld nichtflüchtig zu schalten.

„Der optische Diodeneffekt ist ein interessantes Forschungsobjekt, da es sich um ein so unkonventionelles Phänomen handelt, das weit vom gesunden Menschenverstand entfernt ist und das Potenzial hat, unerwartete Anwendungen zu realisieren. Allerdings gibt es derzeit noch viele Probleme, wie zum Beispiel die niedrigen Betriebstemperaturen.“ „, erklärte Professorin Kenta Kimura.

„Dennoch hat diese Forschung die Nützlichkeit von nickelhaltigen Verbindungen gezeigt, was den Umfang der Materialauswahl erheblich erweitert hat. Basierend auf diesem Wissen werden wir die Entwicklung von Materialien fortsetzen, die einen leistungsfähigeren optischen Diodeneffekt aufweisen.“