Физики создали технологию, приближающую эру фотоники

Ученые из лаборатории МГУ совместно с коллегами из Австралии и США смогли первыми разработать эффективный нелинейный элемент для кремниевой фотоники – области физики, в которой изучаются новые способы передачи и обработки информации с помощью света, пишет Naked-science.ru. Статья ученых принята к публикации в авторитетном научном журнале Nano Letters, а мы поговорили с ее первым автором Максимом Щербаковым, который рассказал, в чем важность совершенного открытия.

В обычной электронике на основе кремния все процессы связаны с перемещением определенных заряженных частиц - электронов. В кремниевой фотонике же ключевыми носителями являются частицы света – фотоны, манипуляции с которыми и приводят к функционированию фотонных устройств – потенциально более быстрых, чем электронные аналоги.

Как рассказал Naked Science Максим Щербаков, младший научный сотрудник лаборатории нанооптики и метаматериалов кафедры квантовой электроники физического факультета МГУ, основная проблема кремниевой фотоники состоит сейчас в поиске эффективных и компактных нелинейных элементов. Нелинейные элементы – это компоненты, свойства которых можно изменять воздействием на них света.

Без нелинейных сред нельзя сделать транзистор - основной элемент современной электроники. Поскольку на данный момент нет эффективного оптического нелинейного элемента, то не существует и оптического транзистора, без которого невозможно создать эффективное устройство фотоники.

На решение именно этой проблемы – создание новых нелинейных элементов и нелинейных сред - и были направлены усилия Максима и его коллег из МГУ. В частности, совместно с группой Юрия Кившаря из Австралийского национального университета, им удалось показать, что кремниевые нанодиски диаметром меньше одного микрона демонстрируют впечатляющие нелинейные свойства.

Это очень близко по тематике к метаматериалам. Мы использовали метаматериальный подход – наноструктурирование, придание специальной формы объемным средам, то есть кремнию. Нам удалось показать, что если сделать диск из кремния и вызвать в нем некоторые собственные колебания, то можно увеличить нелинейность по сравнению с объемным кремнием как минимум в сто раз. 

Максим также отмечает, что ему и коллегам удалось обогнать ученых из США, ведущих аналогичные исследования.

Это наш самый первый результат, в мире до этого никто этой задачей почему-то не занимался.  Нелинейные свойства кремниевых наночастиц никто пока не исследовал. Хотя я недавно был на конференции и узнал, что мы обогнали одну американскую группу, так что это своего рода везение.