Работая в составе международной группы исследователей, специалисты МГУ имени М. В. Ломоносова создали сверхбыстрый фотонный переключатель на кремниевых наноструктурах. По словам участников проекта, он может послужить основой компьютеров будущего, позволяя передавать информацию с огромной скоростью.
Фотоника представляется привлекательной альтернативой электронике, поскольку в отличие от электронов, фотоны практически не взаимодействуют друг с другом и со средой, в которой распространяются. Это позволяет радикально решить проблему отвода тепла от микросхем и существенно повысить производительность компьютеров. Однако если транзисторы — основной элемент электронных устройств — за несколько десятилетий удалось уменьшить до десятков нанометров, прототипы оптических транзисторов все еще имеют размеры несколько микрометров.
Три года назад ученые обнаружили интересный эффект: в наночастицах кремния были обнаружены сильные резонансы в видимой области спектра, так называемые магнитные дипольные резонансы. Специалисты МГУ придумали использовать этот эффект в фотонном переключателе, который получился очень компактным.
Действующий образец переключателя представляет собой диск диаметром 250 нм. Он способен переключать оптические импульсы за время, исчисляемое фемтосекундами (10-15 c). Это означает, что устройства передачи и обработки информации, построенное по тому же принципу, будут характеризоваться пропускной способностью порядка 100 Тбит/с.
Поведение переключателя при поступлении в него двух лазерных импульсов зависит от сдвига между ними по времени. Если импульсы приходят одновременно, то один них, управляющий, вступает во взаимодействие со вторым и гасит его за счет эффекта двухфотонного поглощения. Если же между импульсами есть разрыв (всего сто фемтосекунд), взаимодействие отсутствует, и второй импульс беспрепятственно проходит через переключатель.
Основное преимущество прибора на эффекте магнитного дипольного резонанса — отказ от использования свободных носителей (электронов и дырок), традиционно накладывающего серьезные ограничения на скорость преобразования сигналов в устройствах интегральной фотоники.
Источник: МГУ
