Разработана поляритонная платформа для будущих оптических транзисторов
Как известно, световые частицы - фотоны очень слабо реагируют друг на друга, что создает большую проблему для разработки оптических транзисторов - ключевых компонентов будущих оптических компьютеров, которые смогут генерировать меньше тепла, потреблять меньше энергии и работать быстрее.
В лабораториях всего мира ученые пытаются всевозможными методами заставить фотоны взаимодействовать между собой. Одна из идей заключается в том, чтобы использовать в качестве посредников другие частицы.
Группа инженеров-микроэлектронщиков с физико-технической кафедры университета ITMO вместе с коллегами продемонстрировала новую, эффективную реализацию этой идеи. Из однослойных полупроводников они создали плоскую систему, в которой фотоны связываются с экситонами - квазичастицами, образующимися в полупроводниках из электронов и дырок.
"Если сильно связывать экситоны со световыми частицами, мы получим поляритоны, - объясняет Василий Кравцов, ведущий научный сотрудник ITMO и один из соавторов статьи по результатам работы, вышедшей в журнале Light: Science & Applications. - Они отчасти являются светом, в том смысле, что могут быть использованы для очень быстрой передачи информации; но в то же время могут очень хорошо взаимодействовать друг с другом".
Для того, чтобы сделать транзистор на поляритонах необходимо создать систему, в которой такие квазичастицы могли бы существовать достаточно долго, сохраняя при этом высокую силу взаимодействия.
В лаборатории университета сверхтонкий (толщиной в три атома) слой полупроводника, диселенида молибдена, разместили поверх нанофотонного волновода с сетью очень тонких канавок на поверхности. Под действием излучения красного лазера в полупроводнике возникали экситоны, которые связывались с фотонами, образуя поляритоны, захватывавшиеся в "ловушки" этой платформы.
Полученные таким способом поляритоны не только могут сохранять стабильность в течение довольно долгих периодов времени, но и демонстрируют сверхвысокую нелинейность, которая проявляется в активном взаимодействии их между собой.
Полученная авторами система имеет толщину менее 100 нанометров и без особых проблем встраивается в микросхему, причем туда же может быть интегрирован требующийся для ее работы маломощный красный лазерный источник.
Работа над новой платформой продолжается, на следующем этапе ученые собираются продемонстрировать ее эффективность при комнатных температурах.
