В ИТМО создали сверхкомпактный оптический переключатель: он в 100 раз меньше длины волны

Устройство работает на основе квазичастиц экситонов. О разработке «Хайтеку» сообщили в пресс-службе Университета ИТМО. Исследование опубликовано в журнале ACS Nano.

Исследователи из Нового физтеха Университета ИТМО в Санкт-Петербурге и Пхоханского университета науки и технологий Южной Кореи разработали сверхкомпактный оптический переключатель. Устройство на основе экситонов можно интегрировать с традиционной микроэлектроникой и использовать для повышения скорости обработки данных, в том числе в квантовых компьютерах.

Оптический переключатель состоит из двух наложенных друг на друга атомарно тонких слоев полупроводников, помещенных в нанорезонатор из золотых частиц. Облучая такой транзистор с помощью лазера, исследователи переключали экситонные состояния в системе с 0 на 1 и обратно. Экситон — это квазичастица, которая представляет электронное возбуждение в диэлектрике, полупроводнике или металле. 

Когда на устройство воздействуют светом с определенным фазовым фронтом, оно переключается между излучением на двух разных длинах волн. Это достигается за счет контроля квазичастиц экситонов. Они могут по-разному распределяться в нанорезонаторе (располагаться в его центре или по краям) и соответственно по-разному излучать.

Василий Кравцов, соавтор исследования, ведущий научный сотрудник Нового физтеха ИТМО 

Исследователи использовали двумерные полупроводниковые гетероструктуры в комбинации с плазмонным резонатором. По словам разработчиков, именно это позволило существенно уменьшить размер переключателя. Он в 100 раз меньше длины световой волны, на которой работает.

Использование оптоэлектроники вместо классических транзисторов рассматривается в качестве перспективного направления: этот подход менее энергозатратный и позволяет быстро выполнять логические операции без потери данных. Но обычно размеры устройств, переключаемых светом, сравнимы с длиной его волны, что мешает их интеграции с другими электронными устройствами на чипе. 

Новые миниатюрные устройства помогут преодолеть это ограничение. Для масштабирования технологии ученые работают над созданием двумерные гетероструктуры размерами более 100 мк.