Скачать тысячу фильмов за секунду

Специалисты Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова создали сверхбыстрый фотонный переключатель на кремниевых наноструктурах.

По словам участников проекта, он может послужить основой компьютеров будущего, позволяя передавать информацию с огромной скоростью.

Данная разработка относится к фотонике — научной дисциплине, которая появилась в шестидесятых годах прошлого века одновременно с появлением лазеров. Основная идея фотоники — сделать то же, что делает электроника, но с заменой электронов на кванты света, фотоны. Главное их преимущество в том, что они практически не взаимодействуют друг с другом и со средой, в которой распространяются, и потому более предпочтительны для передачи информации, чем электроны. Это в первую очередь может быть использовано в компьютерах, для которых главным показателем является быстродействие. Но в то время, как основа современных электронных устройств — транзисторы — имеют характерные размеры менее ста нанометров, размеры прототипов оптических транзисторов остались на масштабах в несколько микрометров. Структуры же, способные в этом смысле конкурировать с электроникой, такие, как плазмонные наночастицы, отличались низкой эффективностью и большими потерями. Так что ситуация с компактностью для фотонных схем представлялась тупиковой.

Но три года назад исследователи одновременно из нескольких научных групп наткнулись на важный эффект: в наночастицах кремния были обнаружены сильные резонансы в видимой области спектра, так называемые магнитные дипольные резонансы. Данный 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, никто почему-то не подумал о том, что это открытие может лечь в основу компактного и очень быстрого фотонного переключателя.

Наночастицы удалось изготовить в Австралийском национальном университете методом электронно-лучевой литографии с последующим плазменным травлением. Это было сделано аспирантом Александром Шороховым, который проходил там 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.

«В своих экспериментальных исследованиях мы с моей коллегой Полиной Вабищевич, сотрудницей физического факультета МГУ, использовали большой набор различных нелинейно-оптических методик, связанных со взаимодействием фемтосекундных лазерных импульсов с веществом, — пояснил Максим Щербаков. — Нами использовался фемтосекундный лазерный комплекс, приобретенный по программе развития МГУ.

В конечном итоге исследователями был получен прибор, представляющий собой диск диаметром в 250 нанометров, способный переключать оптические импульсы за время, исчисляемое фемтосекундами (фемтосекунда представляет собой одну миллионную долю от одной миллиардной доли секунды). Такое время срабатывания позволяет в перспективе создавать устройства передачи и обработки информации на скоростях в десятки и сотни терабит в секунду. Для сравнения: подобная скорость позволяет скачивать тысячи художественных фильмов высокого качества за одну секунду.