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.