资讯丨硅纳米结构超高速全光学开关

近日，莫斯科国立大学和堪培拉的澳大利亚国立大学的国际研究团队在硅纳米结构上创造了一个超高速全光学开关。此装置可成为未来的计算机平台，并能够以超高速度传输数据。描述该器件的文章发表在《纳米快报》杂志上，并在自然材料上成为亮点。

这项工作属于光电子领域 – 一个出现在1960年代的光学学科，与激光的发明在同一时期。光子具有与电子相同的目标，只是使用光子 -光量子-而不是电子。使用光子的最大优点是它们之间没有相互作用。因此，光子在数据传输问题上比电子更好。此性能可主要用于计算，因为IPS（每秒指令数）被最大化是其主要属性。基于当代电子设备，电子晶体管的典型尺度小于100纳米，而光子晶体管的典型尺度还停留在几个微米的规模。能够与电子结构竞争的纳米结构，例如等离子体纳米颗粒，通常具有低效率和显著损失。因此，做出一个紧凑型光子开关是一个非常具有挑战性的任务。

三年前几组研究人员同时发现了一个重要的效应：他们发现，硅纳米颗粒在可见光谱可显示出强共振，即所谓的磁偶极子共振。这种类型的谐振的特征是光波在亚波长尺度的强定位性，纳米颗粒内部。这种效应引起研究者的广泛兴趣，但据发表在纳米快报上文章的第一作者Maxim Shcherbakov称，当时还没有人想到，这一发现会成为紧凑、快速光子开关发展的基石。

纳米粒子是在澳大利亚国立大学用电子束光刻和等离子体相蚀刻制备出来的。这项工作由Alexander Shorokhov完成，其曾在大学担任实习作为出国留学总统奖学金的一部分。样品被带到莫斯科，并且所有的实验工作都是在莫斯科国立大学物理学院纳米光子学和超材料实验室进行的。

Maxim Shcherbakov 解释说：“在我们的实验研究中，我和我的同事Polina Vabishchevich教师使用了一系列解决飞秒光-物质的非线性光学方法，我们使用了作为MSU发展计划一部分的飞秒激光综合设备。

最终，研究者开发了一种“设备”：直径250纳米的光盘，能够以飞秒速率切换光脉冲（飞秒是十亿分之一的百万分之一秒）。切换速度那么快将制造出每秒在数十和数百兆位工作的数据传输和处理装置。这将使在不到一秒钟时间内下载数千部高清电影成为可能。

由MSU研究人员创建的全光开关的操作是基于两个飞秒脉冲之间的相互作用。由于硅纳米结构的磁共振，该相互作用成为可能。如果脉冲同时到达该纳米结构，由于双光子吸收的效果，其中一个与另一个产生相互作用并将其减弱。如果两个脉冲之间有100飞秒的延迟，则交互作用不发生，并且第二脉冲穿过纳米结构时不发生变化。

Maxim Shcherbakov 说：“我们能够设计出一种可以避免不希望的自由载流子效应的结构，在传统的集成光子中，自由载流子（电子和空穴）为信号转换的速度造成了严重的制约。我们的工作是面向新型、高效的活性光子器件–晶体管、逻辑单元及其他器件的重要一步。在我们工作中使用的技术的特点决定了它也可以用于硅光子。在不久的将来，我们将测试这种纳米粒子在集成电路中的性能。（来源：与非网）