Разработана поляритонная платформа для будущих оптических транзисторов

Как известно, световые частицы — фотоны очень слабо реагируют друг на друга, что создаёт большую проблему для разработки оптических транзисторов — ключевых компонентов будущих оптических компьютеров, которые смогут генерировать меньше тепла, потреблять меньше энергии и работать быстрее.

В лабораториях всего мира учёные пытаются всевозможными методами заставить фотоны взаимодействовать между собой. Одна из идей заключается в том, чтобы использовать в качестве посредников другие частицы.

Группа инженеров-микроэлектронщиков с физико-технической кафедры университета ITMO вместе с коллегами продемонстрировала новую, эффективную реализацию этой идеи. Из однослойных полупроводников они создали плоскую систему, в которой фотоны связываются с экситонами — квазичастицами, образующимися в полупроводниках из электронов и дырок.

«Если сильно связывать экситоны со световыми частицами, мы получим поляритоны, — объясняет Василий Кравцов, ведущий научный сотрудник ITMO и один из соавторов статьи по результатам работы, вышедшей в журнале Light: Science & Applications. — Они отчасти являются светом, в том смысле, что могут быть использованы для очень быстрой передачи информации; но в то же время могут очень хорошо взаимодействовать друг с другом».

Для того, чтобы сделать транзистор на поляритонах необходимо создать систему, в которой такие квазичастицы могли бы существовать достаточно долго, сохраняя при этом высокую силу взаимодействия.

В лаборатории университета сверхтонкий (толщиной в три атома) слой полупроводника, диселенида молибдена, разместили поверх нанофотонного волновода с сетью очень тонких канавок на поверхности. Под действием излучения красного лазера в полупроводнике возникали экситоны, которые связывались с фотонами, образуя поляритоны, захватывавшиеся в «ловушки» этой платформы.

Полученные таким способом поляритоны не только могут сохранять стабильность в течение довольно долгих периодов времени, но и демонстрируют сверхвысокую нелинейность, которая проявляется в активном взаимодействии их между собой.

Полученная авторами система имеет толщину менее 100 нанометров и без особых проблем встраивается в микросхему, причём туда же может быть интегрирован требующийся для её работы маломощный красный лазерный источник.

Работа над новой платформой продолжается, на следующем этапе учёные собираются продемонстрировать её эффективность при комнатных температурах.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365