Световые переключатели из ультратонких слоев: в 10 000 раз быстрее транзисторов

Мориц Гиттингер (слева) и Даниэль Тиммер стоят перед экспериментальной установкой, на которой основано исследование. | Авторское право: Ольденбургский университет / Маркус Виндус.

Команда физиков из Ольденбургского университета разработала сверхбыстрый световой переключатель на основе «активного метаматериала». Устройство состоит из наноструктуры серебра и слоя дисульфида вольфрама толщиной всего в три атома. Эта технология позволяет переключать сигналы в 10 000 раз быстрее, чем это делают современные электронные транзисторы.

Принцип работы устройства основан на создании гибридного квантового состояния — экситон-плазмон-поляритона. Когда свет попадает на поверхность материала, он взаимодействует с электронно-дырочными парами полупроводника, образуя частицы, которые сочетают в себе свойства света и материи. В этом состоянии свет задерживается на поверхности примерно на 70 фемтосекунд перед отражением.

В течение этой фазы ученые могут управлять отражательной способностью слоя с помощью внешнего лазерного импульса, фактически превращая структуру в сверхбыстрое переключаемое зеркало. В ходе экспериментов исследователям удалось изменить яркость отраженного света на 10%, что является значительным результатом для подобных систем и может быть улучшено при оптимизации материалов.

Используя сложные экспериментальные установки, исследователи изучают сверхбыстрые перемещения электронов в твердых телах с помощью лазерных импульсов с высоким временным разрешением. | Авторское право: Фото: Ольденбургский университет / Маркус Виндус

Для наблюдения за процессом использовалась двумерная электронная спектроскопия (2DES) с экстремально высоким временным разрешением. Это позволило буквально «заснять» движение частиц на уровне фемтосекунд — миллионных долей миллиардной доли секунды. Ученые впервые смогли исследовать метаматериал с помощью импульсов, которые короче самого процесса переключения.

Данное открытие открывает путь к созданию наноразмерных оптических компонентов для обработки данных. Поскольку традиционная электроника приближается к своим физическим пределам, переход на оптические технологии — единственный способ радикально увеличить тактовую частоту компьютеров. Разработка может найти применение в высокоскоростных сетях связи, квантовых вычислениях и оптических сенсорах нового поколения.

Источник: idw

Больше новостей в телеграм-канале: Quantum Drift