ITMO hat einen ultrakompakten optischen Schalter geschaffen: Er ist 100-mal kleiner als eine Wellenlänge

Forscher des New Physics and Technology Institute der ITMO University in St. Petersburg und der Pohang University of Science and

Südkoreanische Technologien haben sich entwickeltultrakompakter optischer Schalter. Das auf Exzitonen basierende Gerät kann in herkömmliche Mikroelektronik integriert und zur Erhöhung der Datenverarbeitungsgeschwindigkeit, auch in Quantencomputern, eingesetzt werden.

Der optische Schalter besteht aus zweiatomar dünne übereinander liegende Halbleiterschichten, die in einem Nanoresonator aus Goldpartikeln platziert sind. Indem sie einen solchen Transistor mit einem Laser bestrahlten, schalteten die Forscher die excitonischen Zustände im System von 0 auf 1 und zurück. Ein Exziton ist ein Quasiteilchen, das eine elektronische Anregung in einem Dielektrikum, Halbleiter oder Metall darstellt. 

Wenn das Gerät Licht ausgesetzt wirdeiner bestimmten Phasenfront schaltet es zwischen Strahlung bei zwei verschiedenen Wellenlängen um. Dies wird durch die Kontrolle von Exziton-Quasiteilchen erreicht. Sie können im Nanoresonator unterschiedlich verteilt sein (in seiner Mitte oder an den Rändern) und dementsprechend unterschiedlich abstrahlen.

Vasily Kravtsov, Co-Autor der Studie, leitender Forscher am New Physics and Technology Institute of ITMO 

Die Forscher verwendeten zweidimensionalHalbleiter-Heterostrukturen in Kombination mit einem plasmonischen Resonator. Dadurch sei es den Entwicklern zufolge gelungen, die Größe des Schalters deutlich zu reduzieren. Es ist 100-mal kleiner als die Wellenlänge des Lichts, auf dem es arbeitet.

Das Funktionsprinzip des Schalters. Bild: Yeonjeong Koo et al., ACS Nano 

Einsatz von Optoelektronik statt klassischerTransistoren gelten als vielversprechende Richtung: Dieser Ansatz verbraucht weniger Energie und ermöglicht die schnelle Durchführung logischer Operationen ohne Datenverlust. Aber normalerweise ist die Größe der durch Licht geschalteten Geräte mit ihrer Wellenlänge vergleichbar, was ihre Integration mit anderen elektronischen Geräten auf dem Chip verhindert.

Neue Miniaturgeräte werden helfen, diese Einschränkung zu überwinden. Um die Technologie zu skalieren, arbeiten Wissenschaftler daran, zweidimensionale Heterostrukturen zu erzeugen, die größer als 100 Mikrometer sind.

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