Про це заявила команда з дев'яти членів на чолі з Річардом Хаглундом з Університету Вандербільта в Нешвілі (штат Теннессі, США). Першим автором статті був його колега докторант Каннатассен Аппаву.

отримала

Трильйон разів на секунду

Нові пристрої обробляють трильйони ввімкнення та вимкнення в секунду. Він складається з кількох перемикачів діаметром лише близько п’ятої частини товщини людського волосся. Це відповідає 200 нанометрам (мільярдні частки метра).

Вони набагато менші за сучасне покоління оптичних перемикачів. Таким чином, вони долають основну технічну перешкоду на шляху розширення світлозахоплюючих та контрольних приладів. Це вимагає подальшої мініатюризації надшвидких оптичних перемикачів.

Абревіатура метаматеріалу

Шлях до нового надшвидкого перемикача був укорочений штучним матеріалом, властивості якого вчені змінили так, щоб у них не було природної паралелі. Отже, метаматеріал.

У цьому випадку він складається з наночастинок діоксиду ванадію. Це кристалічна тверда речовина, яка може швидко переходити від непрозорої металевої фази до прозорої напівпровідникової фази і назад. Наночастинки діоксиду ванадію наносяться на скляну підкладку і покриваються своєрідною "наномережею" наночастинок золота.

Підстрибуючі електрони

Опромінення нанопорошку золота короткими імпульсами ультрашвидкого лазера призводить до того, що дуже швидкі, "гарячі" електрони витікають в діоксид ванадію. Вони викликають згадану фазову зміну діоксиду ванадію, яка триває кілька трильйонних часток секунди.

"У минулому ми ініціювали цей перехід в оксиді ванадію безпосередньо за допомогою лазерів, тому ми хотіли перевірити, чи зможемо ми це зробити і з електронами. Ну, це не тільки працює, але впорскування «гарячих» електронів із наночастинок золота викликає відповідне перетворення лише на одну п’яту до однієї десятої енергетичних потреб для енергії, необхідної для безпосереднього освітлення діоксиду ванадію лазером ». - сказав Річард Хаглунд.

Оптична музика майбутнього

Усі великі компанії в цій галузі докладають всіх зусиль, щоб інтегрувати оптику з електронікою. Однак звичайні оптичні мікросхеми працюють у тисячу разів повільніше, ніж новий перемикач діоксиду ванадію.

Річард Хаглунд нагадав, що такий перемикач має, крім швидкості та малих розмірів, ряд інших оптоелектронно ідеальних особливостей.

По-перше, вони сумісні з сучасними технологіями інтегральних схем. Звичайні на основі кремнію або діоксиду кремнію і нещодавно розроблені на основі матеріалів з високим значенням діелектричної проникності.

По-друге, вони працюють як у видимій, так і в інфрачервоній областях світла. Це оптимально для різних видів використання в телекомунікаціях.

І нарешті, по-третє, за одиницю активності вони виробляють дуже мало тепла, приблизно 10 трильйонів калорій на біт. Це означає, що окремі перемикачі можна щільно зсунути.

"Дивовижні властивості діоксиду ванадію відомі вже більше півстоліття. В нашій лабораторії ми досліджували наночастинки діоксиду ванадію протягом останніх десяти років. Однак цей матеріал надзвичайно успішно протистояв теоретичним поясненням. Основна фізика згаданих переходів метал-напівпровідник була висвітлена лише за допомогою інтенсивного комп'ютерного аналізу, проведеного за останні кілька років ", - підсумував Річард Хаглунд.

Його команда опублікувала висновки в журналі Nano Letters.