Elektron komponentləri birləşdirmək üçün işıq siqnallarının istifadəsi bugünkü məlumat kommunikasiya texnologiyalarının əsas elementidir, çünki yalnız optik cihazların təmin edə biləcəyi sürət və səmərəlilik. İnformasiyanı kodlaşdırmaq və ötürmək üçün elektronlar əvəzinə fotonlardan istifadə edən fotonik inteqral sxemlərə bir çox hesablama texnologiyalarında rast gəlinir. Hal-hazırda əksəriyyəti silikona əsaslanır – yaxşı həlldir, çünki o, artıq elektron sxemlər üçün istifadə olunur, lakin məhdud bant genişliyi ilə.

Mükəmməl alternativ, silikonun üstündə yetişdirilə bilən və daha yaxşı optoelektronik xüsusiyyətlərə malik olan ferroelektrik perovskit olan tetraqonal barium titanatdır (BTO). Lakin bu material tətbiqi optoelektronika sahəsində kifayət qədər yeni olduğundan, onu daha da optimallaşdırmaq üçün onun kvant xassələrini daha yaxşı başa düşmək lazımdır.

MARVEL alimləri tərəfindən Physical Review B- də dərc edilmiş yeni bir araşdırma , bu materialın və potensial olaraq digər perspektivli olanların optoelektron davranışını simulyasiya etmək üçün yeni hesablama çərçivəsini təqdim edir.

Tədqiqat akademiya və sənaye arasında əməkdaşlığın nəticəsidir. BTO əsaslı cihazlar istehsal edən İsveçrə startapı Lumiphase, materialı simulyasiya etmək və optimallaşdırmağa kömək etmək üçün EPFL Lozannadakı Nikola Marzarinin qrupu ilə əməkdaşlıq edən ETH Sürixdəki Mathieu Luisierin laboratoriyasından olan alimlərə müraciət etdi.

Tədqiqatçılar üçün əsas problem oyun zamanı fiziki hadisəni dəqiq simulyasiya etmək idi: Pockels effekti – elektrik sahəsinin mövcudluğunda materialın sınma indeksinin dəyişməsi.

Luisier laboratoriyasından birinci müəllif Virginie de Mestral izah edir: “Optoelektronik ötürücüdə siz iki qollu interferometr qurursunuz”. “Bir qolda siz sadəcə işığın keçməsinə icazə verirsiniz. BTO nazik filminə inteqrasiya olunmuş digər qolda siz elektrik sahəsi tətbiq etməklə sındırma indeksini modulyasiya edirsiniz və beləliklə, siz elektromaqnit dalğasının fazasını dəyişirsiniz. İki qoldan gələn dalğaları birləşdirdiyiniz zaman 1 və 0-ları kodlaşdırmaq üçün istifadə oluna bilən müdaxilə nümunələri yaradırsınız.”

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=280&slotname=8188791252&adk=1645945215&adf=4054963813&pi=t.ma~as.8188791252&w=750&abgtt=6&fwrn=4&fwrnh=0&lmt=1746698753&rafmt=1&armr=3&format=750×280&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2025-05-pockels-effect-advance-optoelectronic-technology.html&fwr=0&rpe=1&resp_fmts=3&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTM1LjAuNzA0OS4xMTYiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siR29vZ2xlIENocm9tZSIsIjEzNS4wLjcwNDkuMTE2Il0sWyJOb3QtQS5CcmFuZCIsIjguMC4wLjAiXSxbIkNocm9taXVtIiwiMTM1LjAuNzA0OS4xMTYiXV0sMF0.&dt=1746698753023&bpp=1&bdt=242&idt=122&shv=r20250506&mjsv=m202505050101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Df22668bce9793ae4%3AT%3D1735196613%3ART%3D1746698653%3AS%3DALNI_Mb4Xpwl1SO1AcvqroR6xccDm_sheQ&gpic=UID%3D00000f7c5320f40b%3AT%3D1735196613%3ART%3D1746698653%3AS%3DALNI_Mb1dz_DHiT2yDzXLMaB9CDkQl4XGg&eo_id_str=ID%3Dcdf7f2f01784f52d%3AT%3D1735196613%3ART%3D1746698653%3AS%3DAA-Afjb8kbeupLLyQ0QHQmZxpM4v&prev_fmts=0x0&nras=1&correlator=7669535498461&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=3&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=448&ady=1931&biw=1905&bih=945&scr_x=0&scr_y=0&eid=95358862%2C95358864%2C31092196%2C95359239%2C95344790%2C95359476&oid=2&pvsid=5859574685384753&tmod=630379555&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C1920%2C1032%2C1920%2C945&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=2&uci=a!2&btvi=1&fsb=1&dtd=127

Pockels effektlərini öyrənmək üçün istifadə olunan cari hesablama modelləri atomistik sistemlərin xarici təhriklərə reaksiyasını təsvir edən bir metod olan sıxlıq-funksional pozğunluq nəzəriyyəsinə (DFPT) əsaslanır. Pockels üçün DFPT LDA adlı xüsusi mübadilə-korrelyasiya funksiyasının istifadəsinə əsaslanır.

Lakin BTO kimi materialda Pockels effektlərini hesablamaq üçün düzgün funksiyanı tapmaq çətindir və hesablamaların dəqiqliyini məhdudlaşdırır. Müəlliflər yalnız standart Sıxlıq Funksional Nəzəriyyəsinə əsaslanaraq, konkret funksiyadan asılı olmayan və DFPT-dən tamamilə yan keçəcək bir metod hazırlamaq istəyirdilər.

Bunun effektiv yolu sonlu fərqlərdən, diferensial tənlikləri həll etmək üçün ədədi texnikadan istifadə etmək idi. De Mestral, AiiDA açıq mənbə infrastrukturunun bunun üçün vacib olduğunu izah edir.

“Bizə çoxlu sonlu fərqlərin hesablanması lazım idi” deyir. “Onları əl ilə etmək bir material üçün işləyə bilərdi, lakin biz müxtəlif materiallara tətbiq oluna bilən və sənayedə faydalı ola biləcək bir üsul istədik. AiiDA bizə sonlu fərqlərin hesablamalarını avtomatlaşdırmağa imkan verdi.”

Elm adamlarının həll etməli olduğu başqa bir problem, BTO-nu simulyasiya edərkən ortaya çıxan bir fenomendən necə qurtulmaq idi: xəyali fonon tezliklərinin meydana gəlməsi. Əslində, bu, simulyasiya edilmiş materialın dinamik olaraq sabit olmadığına işarədir. Bu, adətən müxtəlif temperaturlarda fazaları dəyişən ferroelektrik materiallarda olur.

Bu fonon rejimlərini sabitləşdirməyin həlli super hüceyrə (vahid hüceyrə ilə eyni kristalı təsvir edən, lakin daha böyük həcmə malik hüceyrə) yaratmaq və onun içərisində titan atomlarının bir qədər mərkəzdən kənara çıxmasına səbəb olmaq idi.

Gündəlik anlayışlar üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosda ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz xəbər bülleteni üçün qeydiyyatdan keçin və mühüm nailiyyətlər, yeniliklər və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniləmələr əldə edin .Abunə ol

“Bununla biz reallığı daha yaxşı təmsil edirik, çünki bu, əslində rentgen şüaları ilə ölçülür və xəyali fonon tezlikləri real və müsbət olur” dedi de Mestral.

Nəticələr onları mövcud eksperimental nəticələrlə və DFPT əsasında əvvəlki hesablamalarla müqayisə etməklə təsdiq edilmişdir. Nəticələr müqayisə oluna bilər, lakin mükəmməl üst-üstə düşmür.

“Bir səbəb əvvəlki hesablamalarda istifadə olunan kristal strukturlara çıxışımızın olmamasıdır” dedi de Mestral. “Başqa bir səbəb sənayedə nazik filmlərlə işləməyimizdir, lakin DFT-də qüsursuz olan toplu materiallara sahibik. Bundan əlavə, Pockels effektinə heç bir piezoelektrik töhfə daxil edilməyib.”

Məqalədə izah edilən mühüm nəticə titanın mərkəzdən kənarlaşdırılması ilə materialın Pockels əmsalı arasındakı əlaqəni izah edir.

“Əmsal nə qədər yüksək olarsa, cihaz bir o qədər kiçik ola bilər ki, bu da sənaye tətbiqləri üçün vacibdir” dedi de Mestral. “Biz müşahidə etdik ki, titan mərkəzdən kənara çıxanda Pockels əmsalı kəskin şəkildə artır, yəni biz yüksək simmetriyalı materiala daha yaxınıq.”

Gələcəkdə qrup Pockels effektinin tətbiq olunan elektrik sahəsinin tezliyindən necə asılı olduğunu öyrənmək istəyir.

De Mestral deyir: “Hələ görülməmiş xeyli işdir, çünki bizi maraqlandıran tezliklər olduqca aşağıdır və istədiyimizi əldə etmək üçün təkcə elektronları deyil, ionları da hərəkət etdirməliyik”.

Daha çox məlumat: Virginie de Mestral et al, Ab initio funksional-müstəqil hesablamalar tetraqonal barium titanatın sıxılmış Pockels tensoru, Fiziki İcmal B (2025). DOI: 10.1103/PhysRevB.111.184306

Jurnal məlumatı: Fiziki İcmal B 

Tədqiqatda Milli Səlahiyyət Mərkəzi (NCCR) MARVEL tərəfindən təmin edilmişdir