Исследователи из Московского Физико-Технического института и университета ИТМО разработали специальные кремниевые наночастицы, которые применимы в качестве световых наноантенн для обработки данных в системах оптоволоконной связи и в чипах оптических компьютеров будущего, как описано в статье, опубликованной в издании ACS Photonics. «На сегодняшний день мы способны передавать данные по оптоволокну с впечатляющими скоростями, достигающими сотен гигабит в секунду.
Однако традиционная кремниевая электроника не обеспечивает обработки информации на таком же уровне скоростей. Разработка нелинейных оптических наноантенн откроет новые возможности и позволит значительно ускорить обработку оптических данных», – прокомментировал Денис Баранов из МФТИ, г. Долгопрудный.
Баранов и его команда справились с этой задачей, создав уникальные наночастицы из обычного кремния, обладающие нелинейными оптическими характеристиками — они взаимодействуют со светом необычным способом, изменяя направление его распространения в зависимости от интенсивности и прочих физических параметров света. Подобное явление важно для создания первых полностью оптических транзисторов, диодов и иных «световых» аналогов привычных электронных компонентов, в которых благодаря специфическим свойствам полупроводников достигается селективная проводимость и «прозрачность».
Пока что полное повторение всех этих свойств невозможно, что препятствует созданию полноценных оптических вычислительных устройств. Однако ученые из МФТИ и ИТМО предложили потенциальное решение, изготовив специализированные наноантенны из кремниевых наносфер, оптимизированных для работы с определенными длинами волн, мощностью и длительностью световых пучков.
Когда на такую наночастицу падает свет, его дальнейшее поведение определяется как параметрами самого света, так и электронно-плазменными процессами внутри наночастицы, возникающими при поглощении энергии световых фотонов кремнием. Свойства этой электро-плазмы можно контролировать с помощью кратковременных и мощных световых импульсов, что позволяет «переключать» режим работы наноантенн и изменять их взаимодействие с менее интенсивным светом практически в режиме реального времени.
Эксперименты показали, что переключения не носили долговременный характер — наночастица возвращалась в исходное состояние примерно за 100 фемтосекунд (10??? секунды), что делает данные структуры перспективной основой для сверхбыстрых коммуникационных систем, работающих в десятки раз быстрее современных оптоволоконных сетей. Кроме того, такие наночастицы могут служить фундаментом для создания оптических вычислительных устройств.