Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 

Какие устройства позволят скачать тысячу фильмов за секунду?

Ключевые слова:  кремний, наноструктуры, периодика, фотоника

Опубликовал(а):  Палии Наталия Алексеевна

18 октября 2015

Прибор, представляющий собой диск диаметром в 250 нанометров, способен переключать оптические импульсы за время, исчисляемое фемтосекундами (фемтосекунда представляет собой одну миллионную долю от одной миллиардной доли секунды)

Прибор, представляющий собой диск диаметром в 250 нанометров, способен переключать оптические импульсы за время, исчисляемое фемтосекундами (фемтосекунда представляет собой одну миллионную долю от одной миллиардной доли секунды)

Исследователи из МГУ имени М.В.Ломоносова в составе международной группы создали сверхбыстрый фотонный переключатель, работающий на кремниевых наноструктурах. Это устройство может стать основой компьютеров будущего и позволить передавать данные с огромной скоростью. Разработка ученых представлена в статье в журнале Nano Letters (от ред. статья Shcherbakov, Maxim R., Polina Vabishchevich, Alex Shorokhov, Katie Eve Chong, Duk-Yong Choi, Isabelle Staude, Andrey E. Miroshnichenko, Dragomir N. Neshev, Andrey A. Fedyanin, and Yuri S. Kivshar. "Ultrafast all-optical switching with magnetic resonances in nonlinear dielectric nanostructures." Nano letters (2015)).

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. Подобная скорость позволила бы скачивать тысячи художественных фильмов высокого качества за одну секунду.

Работа созданного учеными МГУ фотонного переключателя сводится к отправке на него двух лазерных импульсов, которые, благодаря наличию у кремниевых наночастиц магнитных резонансов, очень хорошо друг с другом взаимодействуют. Если эти импульсы приходят одновременно, то один них, управляющий, вступает во взаимодействие со вторым и гасит его за счет эффекта двухфотонного поглощения. Если же импульсы приходят с разрывом во времени всего в сто фемтосекунд, взаимодействия не происходит, и второй импульс проходит через наноструктуру, не изменяясь.

«Нам удалось разработать структуру, в которой также сведена на «нет» роль свободных носителей, — отметил Максим Щербаков. — Свободные носители — то есть электроны и дырки — в устройствах интегральной фотоники традиционно накладывают серьезные ограничения на скорости преобразования сигналов. Наша работа представляет собой важный шаг для развития активных устройств фотоники — логических элементов, транзисторов и т.п. Особенности технологии, примененной нами в нашей разработке, позволят уже сейчас использовать ее в схемах кремниевой интегральной фотоники. В ближайшей перспективе мы намерены осуществить проверку таких наночастиц в интегральном исполнении».


Источник: МГУ




Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Новонаногоднее 2015
Новонаногоднее 2015

4 февраля объявили лауреатов V Всероссийской премии «За верность науке»
4 февраля в здании Минобрнауки РФ состоялась торжественное награждение лауреатов V Всероссийской премии «За верность науке». 11 научно-просветительских проектов были отмечены престижной наградой.

Всероссийский съезд учителей и преподавателей химии
5 февраля в Московском университете в Шуваловском корпусе МГУ состоится Всероссийский съезд учителей и преподавателей химии, посвященный Международному году Периодической таблицы химических элементов, начало - 10 часов.

II Всероссийский химический диктант пройдет 18 мая 2019 года
В 2019 году периодическому закону Дмитрия Менделеева исполнится 150 лет! В честь великого открытия этот год объявлен Международным годом Периодической таблицы химических элементов. Одним из наиболее ярких событий, приуроченных к этому году, станет II Всероссийский химический диктант, который пройдет 18 мая и который в этом году выходит на международный уровень. Мероприятие было анонсировано в рамках церемонии открытия Международного года Периодической таблицы химических элементов 29 января 2019 года в Париже, в штаб-квартире ЮНЕСКО.

Самые необычные таблицы Менделеева на выставке Международного года Периодической таблицы химических элементов

6-8 февраля в Российской академии наук состоялось торжественное открытие Международного года периодической таблицы химических элементов в России и приуроченная к этому масштабная интерактивная выставка

Почувствовать живое...
Е.А.Гудилин, А.А.Семенова, Н.А.Браже
Неразрушающее исследование живых клеток и клеточных структур является в настоящее время важным направлением научных изысканий, которые во многих зарубежных и российских научных группах направлены на достижение вполне прагматической цели – разработку новых принципов биомедицинской диагностики и эффективных подходов в нарождающейся персональной медицине.

Российская газета: Перевернуть пирамиду. Президент РАН: как повысить наши шансы на Нобеля
Юрий Медведев
Почему Россия по числу Нобелей отстает от ведущих стран мира, уступая, например, даже маленькой Швейцарии? Замалчиваются ли достижения отечественных ученых? Почему без привлечения в науку российского бизнеса мы не сможем успешно конкурировать в борьбе за престижную научную премию? Об этом корреспондент "РГ" беседует с президентом РАН Александром Сергеевым, который побывал в Стокгольме на вручении Нобелевских премий и поделился своими впечатлениями.

Инновационные системы: достижения и проблемы
Олег Фиговский, Валерий Гумаров

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.