Созданы алмазные коллоиды для первых оптических компьютеров

С 1990-х годов физики грезили об алмазных коллоидах — мельчайших частицах одинакового размера и формы, которые соединены между собой в форме решетки алмаза. Такие частицы в теории могут эффективно управлять движением света, преломляя и направляя его. Это свойство можно использовать для создания эффективных лазеров нового поколения, точных датчиков и оптических компьютеров — вычислительных устройств, которые в разы быстрее традиционных.

Научная группа Нью-Йоркского университета десятилетиями изучала коллоиды и возможные способы их соединения друг с другом. Эти материалы, состоящие из сфер в сотни раз меньших диаметра человеческого волоса, можно расположить по?разному в зависимости от того, как они связаны друг с другом. Статья об открытии опубликована в журнале Nature.

Каждый коллоид прикрепляется к другому с помощью нитей ДНК, находящихся на поверхности. Спирали ДНК выполняют роль своего рода «липучек»: когда коллоиды сталкиваются друг с другом в жидкой среде, молекулы ДНК сцепляются друг с другом и связывают частицы. В зависимости от того, где ДНК прикрепляется к коллоиду, можно варьировать «узор», который образуют частицы в результате синтеза.

Исследователи использовали этот процесс для создания струн и даже кубов из коллоидов. Но эти структуры не имели «Святого Грааля» фотоники — запрещенной зоны для видимого света. В полупроводнике есть запрещенная зона для электронов, которая позволяет пропускать только частицы с определенной энергией. То же самое может быть у материалов и в отношении квантов света — фотонов. Ученые выяснили, что такую способность коллоидный твердый материал приобретает, если расположить частицы в виде структуры алмаза.