Физикам из Московского государственного университета совместно с коллегами из Австралийского национального университета в Канберре удалось создать сверхскоростной фотонный переключатель. Устройство, функционирующее на кремниевых наноструктурах, способно переключать оптические импульсы с частотой 10 терагерц.
Разработанный в МГУ фотонный переключатель представляет собой диск диаметром 250 нанометров, который принимает световые импульсы из двух источников. Если импульсы приходят одновременно, они вступают во взаимодействие друг с другом. Благодаря эффекту двухфотонного поглощения управляющий импульс гасит информационный. При отсутствии управляющего импульса информационный проходит через наноструктуру без изменений.
Временно́е разрешение устройства составляет всего лишь несколько десятков фемтосекунд. Если задержка между двумя импульсами достигает 100 фс, поглощения не происходит. Таким образом, переключатель управляет информацией с частотой порядка 1013 Гц, соответствующей скорости передачи информации в 10 терабит в секунду.
История открытия началась три года назад, когда исследователи из нескольких научных групп обнаружили в наночастицах кремния резонансы в видимой области спектра, так называемые магнитные дипольные резонансы. Такой резонанс характеризуется сильной локализацией световых волн на субволновых масштабах внутри наночастиц. Эффект заинтересовал многих исследователей, однако, по словам Максима Щербакова, первого автора статьи в Nano Letters, почему-то никто не подумал о том, что это открытие может лечь в основу компактного и очень быстрого фотонного переключателя.
Наночастицы были изготовлены методом электронно-лучевой литографии с последующим плазменным травлением в Австралийском национальном университете. Работа была осуществлена аспирантом Александром Шороховым, который проходил в Канберре стажировку в рамках стипендии Президента РФ. Полученные образцы были направлены в Москву, и все последующие эксперименты с ними проводились на физическом факультете МГУ в лаборатории нанооптики и метаматериалов.
«Нам удалось разработать структуру, в которой также сведена на «нет» роль свободных носителей, — отметил Максим Щербаков. — Свободные носители — то есть электроны и дырки — в устройствах интегральной фотоники традиционно накладывают серьёзные ограничения на скорости преобразования сигналов».
В перспективе изобретение российских физиков может лечь в основу высокоскоростных устройств передачи информации по оптическим каналам. Как отмечают авторы работы, такие каналы способны передавать за одну секунду тысячи полнометражных фильмов в высоком качестве.
