Los físicos del Departamento de Nanofotónica y Metamateriales de la Universidad ITMO han demostrado experimentalmente la viabilidad de diseñar un análogo óptico de un transistor basado en una sola nanopartícula de silicio. Debido a que los transistores son algunos de los componentes más fundamentales de los circuitos informáticos, los resultados deEl estudio tiene una importancia crucial para el desarrollo de computadoras ópticas, donde los transistores deben ser muy pequeños y ultrarrápidos al mismo tiempo. El estudio fue publicado en la revista científica. Nano letras .
El rendimiento de las computadoras modernas, que usan electrones como portadores de señal, está en gran medida limitado por el tiempo necesario para activar el transistor, generalmente alrededor de 0.1 - 1 nanosegundos 1 / 1,000,000,000 de segundo.sin embargo, confíe en los fotones para transportar la señal útil, lo que aumenta en gran medida la cantidad de información que pasa a través del transistor por segundo. Por esta razón, la creación de un transistor totalmente óptico ultrarrápido y compacto se considera instrumental en el desarrollo de la óptica.informática. Tal nanodispositivo permitiría a los científicos controlar la propagación de un haz de señal óptica por medio de un haz de control externo dentro de varios picosegundos 1 / 1,000,000,000,000 de un segundo.
En el estudio, un grupo de científicos rusos de la Universidad ITMO, el Instituto Físico Lebedev y la Universidad Académica de San Petersburgo presentaron un enfoque completamente nuevo para diseñar dichos transistores ópticos, después de haber realizado un prototipo utilizando solo una nanopartícula de silicio.
Los científicos descubrieron que pueden cambiar drásticamente las propiedades de una nanopartícula de silicio al irradiarla con un pulso láser intenso y ultracorto. El láser actúa así como un haz de control, proporcionando una fotoexcitación ultrarrápida de plasma densa y rápidamente recombinante con agujeros de electrones cuya presencia cambiala permitividad dieléctrica del silicio durante unos pocos picosegundos. Este cambio abrupto en las propiedades ópticas de la nanopartícula abre la posibilidad de controlar la dirección en la que se dispersa la luz incidente. Por ejemplo, la dirección de la dispersión de nanopartículas se puede cambiar de atrás hacia adelanteen escala de tiempo de picosegundos, dependiendo de la intensidad del pulso láser de control de incidentes. Este concepto de conmutación ultrarrápida es muy prometedor para el diseño de transistores totalmente ópticos.
"En general, los investigadores en este campo se centran en diseñar transistores totalmente ópticos a nanoescala mediante el control de la absorción de nanopartículas, lo que, en esencia, es completamente lógico. En el modo de alta absorción, la señal de luz es absorbida por la nanopartícula yno puede pasar, mientras que fuera de este modo, la luz puede propagarse más allá de la nanopartícula. Sin embargo, este método no arrojó ningún resultado decisivo ", explica Sergey Makarov, autor principal del estudio e investigador principal del Departamento de Nanofotónica y Metamateriales."Nuestra idea es diferente en el sentido de que no controlamos las propiedades de absorción de la nanopartícula, sino su diagrama de dispersión. Digamos que la nanopartícula normalmente dispersa casi toda la luz incidente en dirección hacia atrás, pero una vez que la irradiamos mediante un controlpulso, se reconfigura y comienza a dispersar la luz hacia adelante "
La elección del silicio como material para el transistor óptico no fue accidental. La creación de un transistor óptico requiere el uso de materiales de bajo costo apropiados para la producción en masa y capaces de cambiar sus propiedades ópticas en varios picosegundos en el régimen de electrones densos.plasma sin recalentarse al mismo tiempo
"El tiempo que nos lleva desactivar nuestra nanopartícula equivale a solo varios picosegundos, mientras que para activarla no necesitamos más que decenas de femtosegundos 1 / 1,000,000,000,000,000. Ahora ya tenemos datos experimentales que indican claramente que una sola nanopartícula de siliciode hecho, puede desempeñar el papel de un transistor totalmente óptico. Actualmente estamos planeando realizar nuevos experimentos, donde, junto con un haz de control láser, introduciremos un haz de señal útil ", concluye Pavel Belov, coautor del artículo y director deDepartamento de Nanofotónica y Metamateriales.
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Materiales proporcionado por Universidad ITMO . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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