Abstrakt

Kopplung von Elektronik- und Photonik-Anwendungen

 Nikolas Thomas (Australien)

Dieser Minibericht basiert auf einer kurzen Untersuchung der Schnittstelle zwischen der Kopplung von Elektronik und Photonik. Die Kontrolle von Licht und Wärme an thermodynamischen Grenzen eröffnet aus theoretischer und rechnerischer Sicht provokative neue Möglichkeiten für die sich schnell entwickelnden Bereiche der polaritonischen Chemie und der Quantenoptik im infinitesimalen Maßstab. Der Bericht folgt bemerkenswerten experimentellen Demonstrationen, bei denen die Grenze der starken Kopplung von Licht und Materie nun routinemäßig erreicht wird. In der polaritonischen Chemie koppeln zahlreiche Partikel inklusiv an einen Einzelphotonenmodus, während im Bereich der Nanoplasmonik eine starke Kopplung an der Grenze eines Partikels erreicht werden kann. Theoretische Ansätze zur Bewältigung dieser Tests sind jedoch neueren Datums und stammen aus einer Reihe von Bereichen, in denen neue Entwicklungen in der Quantenchemie und der Quantenelektrodynamik gleichermaßen miteinander verflochten werden. Wir überprüfen diese jüngsten Entwicklungen und untersuchen die Gemeinsamkeiten dieser beiden unterschiedlichen Grenzen, wobei wir uns auf die theoretischen Werkzeuge konzentrieren, die zur Dekonstruktion dieser beiden Systemklassen verwendet werden. Letztendlich wurde eine neue Perspektive auf die Notwendigkeit und den Weg zur formalen und rechnerischen Verschmelzung zweier der bekanntesten und mit dem Nobelpreis ausgezeichneten Hypothesen in Medizin und Chemie vorgestellt: die Elektrodynamik und die Hypothese der elektronischen Struktur (Konsistenzfunktion). Hier wurde ein Fall vorgestellt, wie eine erschöpfende Quantenbeschreibung von Licht und Materie, die Elektronen, Photonen und Phononen auf derselben quantisierten Grundlage behandelt, neue Erkenntnisse in der punktgesteuerten chemischen Dynamik, der Optomechanik, der Nanophotonik und vielen anderen Bereichen, in denen Elektronen, Photonen und Phononen verwendet werden, aufdecken wird. Der Datentransport über kurze elektrische Leitungen ist sowohl durch die Bandbreite als auch durch die Leistungsdichte begrenzt, was einen Leistungsengpass für Halbleitermikrochips in modernen Computersystemen von Mobiltelefonen bis hin zu großen Datenzentren darstellt. Diese Einschränkungen können durch die Verwendung optischer Kommunikation auf der Grundlage von elektronisch-photonischen Systemen im Chipmaßstab überwunden werden.