Alusta optisille transistoreille15.04.2020 Kuvaus kokeellisesta rakenteesta. Nanofotoniikan tutkimusryhmät pyrkivät kehittämään optisia transistoreita - avainkomponentteja tuleville optisille tietokoneille. Ne käsittelisivät informaatiota fotoneilla elektronien sijasta, vähentäen siten hukkalämpöä ja parantaen toiminnan nopeutta. Fotonit eivät kuitenkaan ole vuorovaikutuksessa toistensa kanssa, mikä aiheuttaa ongelman insinööreille. Ryhmä tutkijoita Pietarin ITMO-yliopistosta on yhdessä kollegoidensa kanssa keksinyt uuden ratkaisun tähän ongelmaan luomalla tasomaisen järjestelmän, jossa fotonit liittyvät eksitoneihin, mikä antaa niille mahdollisuuden olla vuorovaikutuksessa keskenään. Puolijohteissa muodostuu eksitoneja, kun elektronit virittyvät jättäen tyhjän valenssisidoksen. Sekä elektroni että sen aukko voivat olla vuorovaikutuksessa toistensa kanssa luomalla uuden hiukkasen - eksitonin, Eksitoneilla on dipolimomentti, mikä mahdollistaa niiden olla vuorovaikutuksessa muiden eksitonien kanssa. Jos ne yhdistetään fotoneihin tarpeeksi vahvasti, synnytetään polaritoneja. Polaritonit ovat osittain valoa, mikä tarkoittaa, että niitä voidaan käyttää informaation siirtoon erittäin nopeasti; mutta samalla ne voivat olla vuorovaikutuksessa toistensa kanssa erittäin hyvin. Vaikuttaa siltä, että polaritonit ovat suoraviivainen ratkaisu ja nyt tarvitsee vain luoda polaritonipohjainen transistori. Se ei kuitenkaan ole niin helppoa: on suunniteltava järjestelmä, jossa nämä hiukkaset voisivat esiintyä riittävän kauan säilyttäen samalla korkean vuorovaikutusvahvuutensa. ITMO:n laboratorioissa polaritonit luodaan laserin, aaltoputken ja erittäin ohuen molybdeenidiselenidi puolijohdekerroksen avulla. Kolmen atomin paksuinen puolijohdekerros asetetaan nanofotoniseen aaltojohtoon, jonka pintaan on kaiverrettu tarkka verkko erittäin hienoista urista. Se valaistaan punaisella laserilla eksitonien luomiseksi puolijohteessa. Nämä eksitonit yhdistyvät valohiukkasten kanssa muodostaen polaritoneja, jotka ovat "loukussa" järjestelmässä. Tällä tavalla saadut polaritonit ovat olemassa suhteellisen pitkiä aikoja mutta myös erittäin korkealla epälineaarisuudella, mikä tarkoittaa, että ne ovat aktiivisesti vuorovaikutuksessa keskenään. "Se vie meidät lähemmäksi optisen transistorin luomista, koska meillä on nyt alle 100 nanometrin paksuinen tasomainen alusta, joka voitaisiin integroida sirulle. Koska epälineaarisuus on melko korkea, emme tarvitse tehokasta laseria - pieni punainen valonlähde riittää, mikä voidaan myös integroida siruun", toteavat tutkijat yliopistonsa tiedotteessa. Tällä hetkellä tutkimus jatkuu, koska tutkijoiden on osoitettava järjestelmänsä tehokkuus myös huonelämpötilassa. Aiheesta aiemmin: |
Nanotekniikka on tulevaisuuden lupaus. Näillä sivuilla seurataan elektroniikkaa sekä tieto- ja sähkötekniikkaa sivuavia nanoteknisiä tiedeuutisia.