Наночастица кремния – кандидат в сверхбыстрый оптический транзистор

Русским физикамвпервые удалось экспериментально продемонстрировать возможность создания сверхбыстрого оптического транзистора на базе всего лишь одной кремниевой наночастицы.

В изучениях принимали участие физики из лаборатории нанофотоники и метаматериалов Университета IT, оптики и механики (ИТМО), Физического университета им. П.Н. Лебедева РАН и Отвлечённого университета РАН в Петербурге. Они внесли предложение концептуально новый подход к разработке для того чтобы транзистора, изготовив его прототип всего из одной кремниевой наночастицы. Результаты работы размещены в респектабельном научном издании Nano Letters.

В будущем эти результаты смогут быть использованы при разработке оптических компьютеров, где транзисторы должны владеть свойством сверхбыстрого переключения и сверхмалыми размерами.

Схематическое изображение переключения режимов рассеяния в зависимости от интенсивности лазерного импульса падающего на наночастицу кремния. (а) не сильный и (b) интенсивный фемтосекундный лазерный импульс. Иллюстрация резонансного поведения наночастиц. Экспериментальные (точки) и теоретические (целые линии) зависимости отражения от плотности потока лазерногоизлучения для пленки кремния толщиной 220 нм (черный цвет), резонансных по размеру наночастиц (к‹ ›

Производительность современных компьютеров, применяющих для собственной работы устройства на базе перемещения электронов, во многом ограничена временем переключения транзистора – порядка 0.1-1 наносекунды (10−9секунды). Развитие же оптических компьютеров, каковые в возможности будут трудиться на частотах видимого света (порядка 1014 Гц) нереально без создания сверхбыстрого оптического транзистора (тумблера), другими словами миниатюрного устройства, которое будет успевать руководить прохождением нужного светового сигнала за счет внешнего управляющего сигнала в пределах нескольких пикосекунд (10-12секунды).

«До сих пор ученые по большей части пробовали создать оптические нанотранзисторы, руководя поглощением наночастиц, что, в сущности, также логично – в режиме большого поглощения частица практически не пропускает световой сигнал, а в режиме низкого поглощения пропускает. Но данный подход пока не оправдал ожиданий,– пояснил первый автор статьи и научный сотрудник ИТМО Сергей Макаров. – Отечественная концепция отличается тем, что мы предлагаем руководить не поглощением, а диаграммой направленности частицы. Иными словами, как и всегда частица, к примеру, рассеивает практически целый свет назад, но когда частица приобретает более интенсивный управляющий сигнал, она начинает перестраиваться и рассеивать вперед».

Дело в том, что авторы данной работы поняли, что смогут поменять свойства кремниевых наночастиц определенного резонансного размера, легко облучая их интенсивными сверхкороткими фемтосекундными импульсами лазера с длиной волны 700-900 нм. Под действием излучения в частицы мгновенно, всего за десятки фемтосекунд (10-15секунды), формируется плотная (с плотностью более 1020 см-3 ) электронно-дырочная плазма, наличие которой очень сильно меняет диэлектрическую проницаемость кремния на пара пикосекунд.

Это может приводить к трансформации направленности рассеянного частицей падающего света. Так, в зависимости от мощности управляющего лазерного импульса наночастица может прекратить рассевать свет назад и начать рассеивать его вперед, тем самым делая функцию оптического тумблера. Стремительная релаксация данной плазмы по окончании выключения лазера разрешает переключать режимы работы наночастицы всего через пара пикосекунд.

Как мы знаем, в классической оптике зеркал и линз размер совокупности не может быть меньше длины волны, которая в видимой области образовывает порядка 0,5 микрона. Для современных электронных устройств со сверхплотной упаковкой элементов это большой масштаб. Дабы действенно соперничать с современными электронными схемами, соответствующие оптические схемы должны быть работоспособными на масштабах большое количество меньших длины волны.

Как раз с этими субволновыми наночастицами имели дело физики в данной работе. В изучениях употреблялись как сферические частицы диаметром 210 нм, так и частицы в форме усеченного конуса высотой 220 нм и радиусами оснований не превышающих 120 нм. Это разрешит в будущем создавать сверхкомпактные модуляции и оптические устройства переключения.

До тех пор пока исследователи продемонстрировали только принципиальную возможность создания аналогичных тумблеров. Сейчас в их замыслах совершить опыты с передачей информации.

По данным Университета ИТМО 

Создатель: Алексей Понятов

Источник: nkj.ru

Случайные записи:

• Гнев глаза застит
• Верить в бога приятно

Ученые из МГУ создали наночастицы, убивающие раковые клетки

Похожие статьи, которые вам понравятся:

• Создан сверхбыстрый графеновый транзистор

  Эксперты Исследовательского центра им. Томаса Уотсона компании IBM (США) сконструировали графеновый полевой транзистор с расчетной граничной частотой 100…

• Хлор упрощает создание графенового транзистора

  Группа исследователей из америки сказала о разработке нового метода легирования графена акцепторной примесью. Изюминкой предложенного способа есть то,…

• Разработка нового оптического диода обещает раскупорить одно из узких мест в области оптических вычислений

  В вычислительной области применение фотонов света, как носителей информации, оставляет на большом растоянии сзади применение электронов по скорости…

• В оптических ограничителях придется учитывать форму наночастиц

  Опыты с наночастицами разной формы, совершённые германскими учеными, продемонстрировали несоответствие между спектром поглощения поверхностного…