近日，莫斯科國立大學和堪培拉的澳大利亞國立大學的國際研究團隊在硅納米結(jié)構(gòu)上創(chuàng)造了一個超高速全光學開關(guān)。此裝置可成為未來的計算機平臺，并能夠以超高速度傳輸數(shù)據(jù)。描述該器件的文章發(fā)表在《納米快報》雜志上，并在自然材料上成為亮點。

這項工作屬于光電子領域 – 一個出現(xiàn)在1960年代的光學學科，與激光的發(fā)明在同一時期。光子具有與電子相同的目標，只是使用光子 -光量子-而不是電子。使用光子的最大優(yōu)點是它們之間沒有相互作用。因此，光子在數(shù)據(jù)傳輸問題上比電子更好。此性能可主要用于計算，因為IPS（每秒指令數(shù)）被最大化是其主要屬性?；诋敶娮釉O備，電子晶體管的典型尺度小于100納米，而光子晶體管的典型尺度還停留在幾個微米的規(guī)模。能夠與電子結(jié)構(gòu)競爭的納米結(jié)構(gòu)，例如等離子體納米顆粒，通常具有低效率和顯著損失。因此，做出一個緊湊型光子開關(guān)是一個非常具有挑戰(zhàn)性的任務。

三年前幾組研究人員同時發(fā)現(xiàn)了一個重要的效應：他們發(fā)現(xiàn)，硅納米顆粒在可見光譜可顯示出強共振，即所謂的磁偶極子共振。這種類型的諧振的特征是光波在亞波長尺度的強定位性，納米顆粒內(nèi)部。這種效應引起研究者的廣泛興趣，但據(jù)發(fā)表在納米快報上文章的第一作者Maxim Shcherbakov稱，當時還沒有人想到，這一發(fā)現(xiàn)會成為緊湊、快速光子開關(guān)發(fā)展的基石。

納米粒子是在澳大利亞國立大學用電子束光刻和等離子體相蝕刻制備出來的。這項工作由Alexander Shorokhov完成，其曾在大學擔任實習作為出國留學總統(tǒng)獎學金的一部分。樣品被帶到莫斯科，并且所有的實驗工作都是在莫斯科國立大學物理學院納米光子學和超材料實驗室進行的。

Maxim Shcherbakov 解釋說：“在我們的實驗研究中，我和我的同事Polina Vabishchevich教師使用了一系列解決飛秒光-物質(zhì)的非線性光學方法，我們使用了作為MSU發(fā)展計劃一部分的飛秒激光綜合設備。

最終，研究者開發(fā)了一種“設備”：直徑250納米的光盤，能夠以飛秒速率切換光脈沖（飛秒是十億分之一的百萬分之一秒）。切換速度那么快將制造出每秒在數(shù)十和數(shù)百兆位工作的數(shù)據(jù)傳輸和處理裝置。這將使在不到一秒鐘時間內(nèi)下載數(shù)千部高清電影成為可能。

由MSU研究人員創(chuàng)建的全光開關(guān)的操作是基于兩個飛秒脈沖之間的相互作用。由于硅納米結(jié)構(gòu)的磁共振，該相互作用成為可能。如果脈沖同時到達該納米結(jié)構(gòu)，由于雙光子吸收的效果，其中一個與另一個產(chǎn)生相互作用并將其減弱。如果兩個脈沖之間有100飛秒的延遲，則交互作用不發(fā)生，并且第二脈沖穿過納米結(jié)構(gòu)時不發(fā)生變化。

Maxim Shcherbakov 說：“我們能夠設計出一種可以避免不希望的自由載流子效應的結(jié)構(gòu)，在傳統(tǒng)的集成光子中，自由載流子（電子和空穴）為信號轉(zhuǎn)換的速度造成了嚴重的制約。我們的工作是面向新型、高效的活性光子器件–晶體管、邏輯單元及其他器件的重要一步。在我們工作中使用的技術(shù)的特點決定了它也可以用于硅光子。在不久的將來，我們將測試這種納米粒子在集成電路中的性能。（來源：與非網(wǎng)）