Физики из России создали "радужные" наночастицы для компьютеров будущего
Российские и зарубежные ученые создали новый тип наночастиц, чьим спектром можно свободно управлять уже после их изготовления. Их описание и итоги опытов были представлены в журнале Nano Letters.
"Результаты наших опытов интересны не только для создания фотонных чипов. Перестройку спектра излучения массива наночастиц можно использовать, например, для определения концентрации паров соляной кислоты и других галогенидов водорода в окружающей среде",? отмечает Екатерина Тигунцева, аспирант Университета ИТМО в Санкт-Петербурге, чьи слова приводит пресс-служба вуза.
Свет и другие типы электромагнитных волн переносят информацию гораздо эффективнее и быстрее, чем электрические сигналы, благодаря чему большая часть современных систем связи основана на оптоволокне и различных лазерных излучателях. Ученые давно пытаются заменить транзисторы и металлические дорожки внутри чипов их световыми аналогами, однако пока это не удается сделать по одной простой причине - движением света очень сложно управлять.
Подобную задачу могут решить наночастицы, способные поглощать один тип частиц света и излучать другие виды световых волн. За последние годы физики создали сотни подобных излучателей, очень эффективно конвертирующих один тип фотонов в другой.
Все они обладают одним общим недостатком - их свойства задаются при изготовлении частицы и их фактически нельзя изменить. Это мешает использованию подобных наночастиц в качестве наноантенн и других компонентов световых компьютеров будущего.
Тигунцева и ее коллеги нашли решение этой проблеме, экспериментируя с так называемыми перовскитами - полупроводниковыми материалами с достаточно необычными свойствами и структурой, хорошо поглощающие свет и превращающие его в другие формы энергии.
Экспериментируя с антеннами из перовскитов, ученые обратили внимание на то, что свойства излучаемого ими света сильно зависят от того, как много различных ионов галогенов - хлора, брома или йода - содержат эти наночастицы.
Это натолкнуло их на мысль, что поведением наночастиц можно управлять, меняя количество ионов этих элементов на их поверхности. Для этого не обязательно "физически" менять структуру перовскитов - достаточно поместить их в среду, насыщенную парами соляной кислоты, бромоводорода или йодоводорода.
Их молекулы начнут взаимодействовать с перовскитами и заставят частицу изменить характер своего свечения. Соответственно, меняя концентрацию этих паров, можно заставить подобные нанообъекты светиться всеми цветами радуги, что выгодно отличает их от других наноструктур такого рода.
Как показали дальнейшие опыты Тигунцевой и ее коллег, подобная "настройка" наночастиц не вызывает необратимых изменений в их структуре и работе. Все модификации в их свечении можно "удалить", обработав наноантенны аналогичным количеством паров вещества с "обратными" свойствами.
Все это, как отмечают физики, позволяет создавать сложные фотонные чипы, работающие с большим числом разных типов света, используя лишь один тип антенн, чьи свойства будут "запрограммированы" на заводе или даже будут меняться в ходе эксплуатации компьютера. Аналогичным образом можно создавать датчики, распознающие присутствие соединений галогенов в воздухе.
