Российские ученые исследовали оптические свойства нанопроволок фосфида галлия. Оказалось, что из этих кристаллов можно сделать сложные оптические элементы для интегральных схем в компьютерах будущего. Работа опубликована в журнале Small.
Чем больше транзисторов в микросхеме, тем более производительны компьютеры и смартфоны. Например, в современных ноутбуках — десятки миллиардов транзисторов, и с каждым годом размеры электронных компонентов все меньше. Однако скоро настанет момент предела, когда в работу процессоров будут вмешиваться квантовые процессы. Более того, из-за использования электронов для передачи и обработки информации выделяется тепло. Из-за этого ученые пытаются найти другие способы, которые помогут повысить производительность компьютеров. Один из вариантов — оптические интегральные схемы, которые передают информацию с помощью света. Устройство не будет нагреваться, ведь фотоны меньше взаимодействуют с проводником. Пока что готовых решений нет.
Российские ученые исследовали фосфид галлия — перспективный материал, который пропускает свет и имеет низкие оптические потери. Специалисты изготовили волноводы из его нанокристаллов, определили минимальный допустимый диаметр, при котором они будут передавать свет, и создали из двух кристаллов разветвитель.
«Мы показываем, что, используя нитевидные нанокристаллы, можно делать волноводы размером 100 нанометров — это важный шаг по снижению размеров оптических элементов. Меняя геометрию кристаллов, можно фильтровать свет, который передает волновод, а варьируя их химический состав, можно создавать и наноразмерные источники света для систем на чипе», — отметил Алексей Большаков, заведующий лабораторией функциональных наноматериалов МФТИ.
Специалисты провели эксперимент, чтобы исследовать, как влияет диаметр волновода на его сверхпроводящие свойства. На один конец нанокристалла они фокусировали лазерный пучок и смотрели в микроскоп, видно ли свет на другом конце. Оказалось, что чем больше длина волны, тем шире должен быть волновод.
Затем ученые направляли широкополосное лазерное излучение в один конец нанопроволоки и измеряли спектр на другом. Некоторые провода показали пики в спектрах пропускания. Это означает, что волноводы из фосфида галлия проявляют резонансные свойства: с их помощью можно усиливать свет определенной частоты. Это позволяет фильтровать сигнал или генерировать лазерное излучение в наномасштабе.
Ученые создали еще один элемент оптической системы — разветвитель. Они изогнули две нанопроволоки и соединили друг с другом в форме «X». Ученые освещали кончик одной из них, получая световой сигнал на концах обоих нанокристаллов (правда, разной частоты). Соединяя несколько таких нанопроволок, можно создавать более сложные оптические элементы.
При этом нанокристаллы фосфида галлия эластичны и сохраняют изгиб, который не влияет на прочность материала и его оптические свойства.
«Мы экспериментально показали и теоретически объяснили, какие размеры должен иметь волновод из фосфида галлия, чтобы поддерживать передачу света. Далее направим усилия на изготовление более сложных оптических элементов: фильтров, интерферометров. Мы можем спектрально разделять оптические сигналы, используя схемы из нескольких наноструктур, что важно для создания логических элементов. Также мы создаем из других материалов волноводы, которые будут работать на других длинах волн света», — отметил Алексей Большаков.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
