Терабит в секунду: российские физики готовят терагерцевую альтернативу транзисторным микросхемам

Исследователи Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН создали оптическое устройство и методику для работы с плазмон‑поляритонами в терагерцевом диапазоне – потенциальными носителями информации для сверхбыстрой электроники. Эксперименты проводились на Новосибирском лазере на свободных электронах, единственном в мире источнике мощного терагерцевого и инфракрасного излучения.

Плазмон‑поляритоны – это поверхностные волны, возникающие на границе металл/диэлектрик, которые способны локализовать электромагнитное поле сильнее, чем обычный свет. В терагерцах они позволяют обойти ограничение дифракции, мешающее дальнейшей миниатюризации фотонных компонентов, и открыть путь к планарным «плазмонным» схемам с размерами ниже длины волны.

Команда показала, как генерировать и управлять такими волнами, а также как оценивать оптические свойства материалов‑кандидатов. В тестах устройство подтвердило эффективность на образцах золота с покрытием из сульфида цинка. Это важно для создания компонентов, функционирующих на ТГц‑частотах, где теоретически возможна передача данных на уровне Тбит/с.

По словам старшего научного сотрудника ИЯФ СО РАН Василия Герасимова, сочетание фотоники и плазмоники – один из перспективных путей преодоления технологического предела традиционных транзисторов и повышения частот обработки данных. Новое устройство даёт исследователям инструмент для оценки материалов и продвижения к плазмонным интегральным схемам.

«Электронные устройства: компьютеры, мобильные телефоны, телевизоры и медицинское оборудование – все они работают на транзисторных микросхемах, размеры которых дошли до своего технологического предела, – комментирует Василий Герасимов. – Элементы меньше 15 нанометров уже не могут корректно использоваться из-за квантовых эффектов, также сильно растет их энергопотребление. Если мы хотим повысить частоту обработки данных, к чему все и стремятся, то нам просто необходимо использовать другие подходы. Например, работая на стыке фотоники и плазмоники. Возможности двух этих взаимодополняющих областей оптоэлектроники позволяют переводить фотоны – оптические сигналы – из объемной геометрии в планарную, то есть поверхностную, в те самые плазмон-поляритоны».

Младший научный сотрудник ИЯФ СО РАН Валерия Кукотенко (на фото) добавляет, что создание и непрерывное улучшение оптического устройство велось в течение трех лет. Сделанное достижение пригодится при конструировании плазмонных интегральных схем, в частности, на основе графена или углеродных нанотрубок, и расчета вертикальных габаритов их элементов. Оборудование дает возможность работать даже с исключительно тонкими (порядка сотен нанометров) материалами.

Результаты исследования опубликованы в Plasmonics (Springer Nature).

Читайте также

Ученые ТПУ синтезировали 6 новых молекул против рака

Ученые ТПУ синтезировали 6 новых молекул против рака

Что происходит с физикой, когда вы прыгаете в вагоне поезда?

Что происходит с физикой, когда вы прыгаете в вагоне поезда?

Частицы топлива из Чернобыля сохранили структуру спустя 40 лет после аварии

Частицы топлива из Чернобыля сохранили структуру спустя 40 лет после аварии

Ритм дыхания действительно влияет на принятие решений

Ритм дыхания действительно влияет на принятие решений

Не только чума: семь самых смертоносных эпидемий и пандемий в истории человечества

Не только чума: семь самых смертоносных эпидемий и пандемий в истории человечества

Смоделирован квантовый механизм передачи информации в клетке

Смоделирован квантовый механизм передачи информации в клетке

Размер кристалла помог предсказать магнитные свойства сложных материалов

Размер кристалла помог предсказать магнитные свойства сложных материалов

Физики создали трехмерный свет и получили квантовые состояния, ранее доступные только в теории

Физики создали трехмерный свет и получили квантовые состояния, ранее доступные только в теории

Из лабораторий — на работу: 7 компаний, создающих человекоподобных роботов для реального мира

Из лабораторий — на работу: 7 компаний, создающих человекоподобных роботов для реального мира

Почему роботы умеют делать сальто, но до сих пор не могут нормально сложить рубашку

Почему роботы умеют делать сальто, но до сих пор не могут нормально сложить рубашку

Почему невозможно создать абсолютно точную карту Земли, Луны или Марса?

Почему невозможно создать абсолютно точную карту Земли, Луны или Марса?

Первый складной iPhone не стал революцией: с чем придется мириться владельцам iPhone Duo

Первый складной iPhone не стал революцией: с чем придется мириться владельцам iPhone Duo

NASA показало марсианский рассвет: Curiosity снял горные хребты на склонах горы Шарп

NASA показало марсианский рассвет: Curiosity снял горные хребты на склонах горы Шарп

BMW представила iX3 M60 xDrive: 612 л.с., разгон до сотни за 3,9 секунды и запас хода 755 км

BMW представила iX3 M60 xDrive: 612 л.с., разгон до сотни за 3,9 секунды и запас хода 755 км

DARPA начала испытания квантовых компьютеров, которые должны стать практически полезными к 2033 году

DARPA начала испытания квантовых компьютеров, которые должны стать практически полезными к 2033 году

Астрономы обнаружили рекордный радиовсплеск, летевший к Земле 11 миллиардов лет

Астрономы обнаружили рекордный радиовсплеск, летевший к Земле 11 миллиардов лет