Cоздан сверхбыстрый фотонный переключатель для компьютерных устройств
Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова сообщил о разработке технологии, которая в перспективе может привести к появлению компьютерных устройств нового поколения: российские исследователи в составе международной группы создали сверхбыстрый фотонный переключатель, работающий на кремниевых наноструктурах.
Разработка относится к фотонике. По сути, фотоника является аналогом электроники, использующим вместо электронов кванты электромагнитного поля — фотоны. Главное их преимущество в том, что они практически не взаимодействуют друг с другом и со средой, в которой распространяются, и потому более предпочтительны для передачи информации, чем электроны.
Однако существует сложность. В то время как основа современных электронных устройств — транзисторы — имеют нанометровые размеры, у прототипов оптических транзисторов габариты исчисляются микрометрами. Структуры же, способные в этом смысле конкурировать с электроникой, такие, как плазмонные наночастицы, отличались низкой эффективностью и большими потерями. Так что ситуация с компактностью для фотонных схем представлялась тупиковой.
Но три года назад был открыт важный эффект: исследователи обнаружили в наночастицах кремния сильные резонансы в видимой области спектра — так называемые магнитные дипольные резонансы. Данный резонанс характеризуется сильной локализацией световых волн на субволновых масштабах внутри наночастиц. Как выяснилось, открытие может лечь в основу компактного и очень быстрого фотонного переключателя.
Наночастицы удалось изготовить в Австралийском национальном университете методом электронно-лучевой литографии с последующим плазменным травлением. Полученные образцы были направлены в Москву, и все последующие эксперименты с ними проводились на физическом факультете МГУ в лаборатории нанооптики и метаматериалов.
В результате, учёные создали прибор, представляющий собой диск диаметром в 250 нанометров, способный переключать оптические импульсы за время, исчисляемое фемтосекундами (10−15 с). Такое время срабатывания позволит в перспективе создавать устройства передачи и обработки информации, функционирующие на скоростях в десятки и сотни терабит в секунду.
Работа созданного учёными МГУ фотонного переключателя сводится к отправке на него двух лазерных импульсов, которые, благодаря наличию у кремниевых наночастиц магнитных резонансов, хорошо взаимодействуют друг с другом. Если эти импульсы приходят одновременно, то один из них, управляющий, вступает во взаимодействие со вторым и гасит его за счёт эффекта двухфотонного поглощения. Если же импульсы приходят с разрывом во времени всего в сто фемтосекунд, взаимодействия не происходит, и второй импульс проходит через наноструктуру, не изменяясь.