Това заяви деветчленен екип, ръководен от Ричард Хаглунд от университета Вандербилт в Нешвил (Тенеси, САЩ). Първият автор на статията е неговият колега докторант Kannatassen Appavoo.

компютрите

Трилион пъти в секунда

Новите устройства се справят с трилиони включване и изключване в секунда. Състои се от няколко ключа с диаметър само около една пета от дебелината на човешки косъм. Това съответства на 200 нанометра (милиардни от метър).

Те са много по-малки от сегашното поколение оптични превключватели. По този начин те преодоляват основна техническа пречка пред разширяването на устройствата за улавяне и управление на светлината. Това изисква по-нататъшно миниатюризиране на ултрабързи оптични превключватели.

Съкращение на метаматериал

Пътят към новия ултра бърз превключвател беше съкратен от изкуствен материал, свойствата на който учените са модифицирали, така че да нямат естествен паралел. Така че метаматериалът.

В този случай тя се състои от наночастици на ванадиев диоксид. Това е кристално твърдо вещество, което може бързо да премине от непрозрачна метална фаза в прозрачна полупроводникова фаза и обратно. Наночастиците от ванадиев диоксид се отлагат върху стъклен субстрат и са покрити с нещо като "наномережа" от златни наночастици.

Подскачащи електрони

Облъчването на златния нанопрах с къси импулси на свръхбърз лазер кара много бързо, "горещи" електрони да изтекат във ванадиевия диоксид. Те задействат споменатата фазова промяна на ванадиевия диоксид, която трае няколко трилионни от секундата.

„В миналото задействахме този преход във ванадиев оксид директно с лазери, така че искахме да видим дали можем да го направим и с електрони. Е, не само работи, но инжектирането на „горещи“ електрони от златни наночастици предизвиква съответно преобразуване само с една пета до една десета от енергийните нужди за енергията, необходима за директно осветяване на ванадиев диоксид с лазер, " - каза Ричард Хаглунд.

Оптична музика на бъдещето

Всички големи компании в областта работят усилено, за да интегрират оптиката с електрониката. Конвенционалните оптични чипове обаче работят хиляда пъти по-бавно от новия превключвател на ванадиев диоксид.

Ричард Хаглунд напомни, че подобен превключвател има, освен скорост и малки размери, и редица други оптоелектронно идеални характеристики.

Първо, те са съвместими с днешната технология на интегралните схеми. Обикновено на базата на силиций или силициев диоксид и новоразработено на базата на материали с висока стойност на диелектрична константа.

Второ, те работят както във видимата, така и в близката инфрачервена област на светлината. Това е оптимално за различни приложения в телекомуникациите.

И накрая, трето, на единица активност те произвеждат много малко топлина, около 10 трилиона калории на бит. Това означава, че отделните превключватели могат да бъдат натиснати наистина плътно.

„Удивителните свойства на ванадиевия диоксид са известни повече от половин век. В нашата лаборатория изследваме наночастиците на ванадиев диоксид през последните десет години. Този материал обаче устоява изключително успешно с теоретични обяснения. Основната физика на споменатите преходи метал-полупроводник беше осветена само чрез интензивни компютърни анализи, извършени през последните няколко години ", заключи Ричард Хаглунд.

Неговият екип публикува констатациите в списание Nano Letters.