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

Владение смартфоном снижает навыки чтения у детей 3–6 классов – исследование UCLA

Владение смартфоном снижает навыки чтения у детей 3–6 классов – исследование UCLA

Следы возрастом 1,43 млн лет у озера Туркана рассказали о предках человека ростом 180 см

Следы возрастом 1,43 млн лет у озера Туркана рассказали о предках человека ростом 180 см

Китайские ученые создали сверхпрочный сплав, выдерживающий нагрев до 2400 °C

Китайские ученые создали сверхпрочный сплав, выдерживающий нагрев до 2400 °C

Медицинские технологии, в которые почти невозможно поверить

Медицинские технологии, в которые почти невозможно поверить

Траектория старения: в ННГУ научились прогнозировать возрастные изменения у конкретного человека

Траектория старения: в ННГУ научились прогнозировать возрастные изменения у конкретного человека

Ученые МИСИС создали наночастицы с защитой от перегрева для терапии рака

Ученые МИСИС создали наночастицы с защитой от перегрева для терапии рака

Физики раскрыли загадку «лишнего» гамма-излучения атомных ядер, над которой бились десятилетиями

Физики раскрыли загадку «лишнего» гамма-излучения атомных ядер, над которой бились десятилетиями

Ученые выяснили, что многолетние финансовые трудности могут ускорять старение мозга

Ученые выяснили, что многолетние финансовые трудности могут ускорять старение мозга

Рождение GEO: как бренды платят миллионы, чтобы их советовал ИИ

Рождение GEO: как бренды платят миллионы, чтобы их советовал ИИ

Робот МФТИ установил рекорд сборки головоломки «мегаминкс» за 9,6 секунды

Робот МФТИ установил рекорд сборки головоломки «мегаминкс» за 9,6 секунды

Бензин как лотерея: станут ли гибриды и электромобили популярным выбором россиян?

Бензин как лотерея: станут ли гибриды и электромобили популярным выбором россиян?

7 удивительных фактов о черных дырах, которые меняют наше представление о Вселенной

7 удивительных фактов о черных дырах, которые меняют наше представление о Вселенной

22-тонный КАМАЗ-1010 «обманывает» законы физики в карельских лесах

22-тонный КАМАЗ-1010 «обманывает» законы физики в карельских лесах

ChatGPT заблокировал запросы на имитацию стиля известных писателей

ChatGPT заблокировал запросы на имитацию стиля известных писателей

Ученые предложили новый способ искать разумную жизнь во Вселенной — без поиска технологий

Ученые предложили новый способ искать разумную жизнь во Вселенной — без поиска технологий

«Умный пластырь» определяет сахар в крови через пот за пять секунд

«Умный пластырь» определяет сахар в крови через пот за пять секунд