ITMO stworzyło ultrakompaktowy przełącznik optyczny: jest 100 razy mniejszy niż długość fali

Naukowcy z Wydziału Fizyki i Inżynierii Uniwersytetu ITMO w Sankt Petersburgu oraz Uniwersytetu Nauk Ścisłych w Pohang oraz

Urządzenie oparte na ekscytonie można zintegrować z tradycyjną mikroelektroniką i wykorzystać do poprawy szybkości przetwarzania danych, w tym w komputerach kwantowych.

Przełącznik optyczny składa się z dwóch atomowo cienkich warstw półprzewodników nałożonych na siebie i umieszczonych w nanownęceNaświetlając taki tranzystor laserem, naukowcy przełączyli stany ekscytonów w układzie z 0 na 1 i z powrotem.Ekscyton to kwazicząstka, która reprezentuje wzbudzenie elektronu w dielektryku, półprzewodniku lub metalu. 

Gdy urządzenie jest wystawione na działanie światła zpewnego frontu fazowego, przełącza się między promieniowaniem o dwóch różnych długościach fal. Osiąga się to poprzez kontrolowanie kwazicząstek ekscytonów. Mogą być różnie rozmieszczone w nanorezonatorze (znajdującym się w jego środku lub wzdłuż krawędzi) i odpowiednio inaczej promieniować.

Wasilij Krawcow, współautor badania, wiodący badacz na Wydziale Fizyki i Inżynierii ITMO 

Naukowcy wykorzystali dwuwymiarowośćheterostruktury półprzewodnikowe w połączeniu z rezonatorem plazmonowym. Według twórców właśnie to umożliwiło znaczne zmniejszenie rozmiaru przełącznika. Jest 100 razy mniejsza niż długość fali światła, na którą działa.

Zasada działania przełącznika. Zdjęcie: Yeonjeong Koo et al., ACS Nano 

Zastosowanie optoelektroniki zamiast klasycznych tranzystorów jest uważane za obiecujący kierunek:Podejście to jest mniej energochłonne i pozwala na szybkie wykonywanie operacji logicznych bez utraty danych.Ale zwykle wymiary urządzeń przełączanych światłem są porównywalne z jego długością fali, co zakłócaich integracja z innymi urządzeniami elektronicznymi na chipie. 

Nowe miniaturowe urządzenia pomogą przezwyciężyć to ograniczenie. Aby skalować technologię, naukowcy pracują nad stworzeniem dwuwymiarowych heterostruktur większych niż 100 mikronów.

Czytaj więcej:

Fizycy znaleźli sposób na przezwyciężenie ograniczeń wielkości półprzewodników

Odkryto skarb, który był ukryty podczas wojny prawie 1000 lat temu

Sekret długowieczności zostaje ujawniony: naukowcy odkryli, jak uruchomić niezbędny mechanizm w ludzkim ciele