http://93.174.130.82/digest/showdnews.aspx?id=b1cc5931-47c4-4ba9-88eb-43016061b52d&print=1© 2024 Российская академия наук
Это, в свою очередь, откроет возможности появления принципиально новых систем телекоммуникации, навигации, компьютерной техники, работающих со скоростями, превышающими нынешние сразу на несколько порядков.
Доклад о грядущем прорыве в нанофотонике и наноплазмонике к пятой международной конференции «Нанотехнологии в электронике, фотонике и альтернативной энергетике» (второе её название – Нано и Гига Форум), которая пройдёт 12–16 сентября в Москве и Зеленограде, готовит доцент кафедры квантовой электроники МГУ имени М. В. Ломоносова Андрей Федянин. Вкратце о своих исследованиях он рассказал в интервью STRF.ru.
Андрей Анатольевич, чем обусловлены надежды учёных на большие достижения в нанофотонике и наноплазмонике?
– Результатами, к которым уже привело современное развитие нанотехнологий. Открылись новые литографические возможности по созданию наноструктур, о которых пять-семь лет назад учёные могли только мечтать. Разумеется, тут же начались теоретические и экспериментальные исследования различных эффектов в этих структурах. Наноструктурирование на масштабах меньше оптической длины волны приводит к новым оптическим явлениям. Они связаны с возможностью управлять генерацией и распространением электромагнитного излучения оптического диапазона на наномасштабах, зачастую с пространственным разрешением много меньше, чем оптическая длина волны, что было недостижимо ещё совсем недавно.
Это означает, что в перспективе можно создавать, например, плазмонные волноводы и плазмонные разветвители, то есть все те устройства, которые управляют распространением света на микромасштабах и совершают логические операции со световыми потоками. А это уже необходимо для создания быстрых оптических устройств, в которых носителем выступает не электрон, как в современной микроэлектронике, а фотон.
Световые потоки могут быть локализованы в поперечном направлении до субмикронных размеров, а с применением ультракоротких импульсов – до микронных размеров в продольном направлении. Использование оптического излучения в качестве носителя информации также исключает необходимость многократного преобразования электрической энергии в световую, и обратно. Принципиальное отличие оптических микроустройств от электронных – отсутствие потоков электронов, с которыми неизбежно связаны джоулевые потери, то есть нагрев, а также паразитные ёмкости и индуктивности, что и ограничивает скорость срабатывания электронных устройств. При использовании потоков света таких ограничений нет, и в будущем частота срабатывания оптических устройств может достигать терагерцовых значений и выше.
Таким образом, мы можем думать о создании фотонных устройств, обладающих огромными скоростями, на несколько порядков превосходящих скорости современных устройств микроэлектроники. Думаю, эти устройства найдут самое широкое применение.
Выходит, современные устройства микроэлектроники уже не могут удовлетворить возрастающие потребности в обработке и передаче информации?
– В настоящее время объём информации, передаваемой по каналам связи, удваивается в мире каждые два-три года. Это означает, что в перспективе человечество столкнётся с проблемой дальнейшего увеличения частоты срабатывания электронных микроустройств. Таким образом, уже сейчас необходимо разрабатывать принципы устройств нанофотоники и наноплазмоники для телекоммуникационных приложений.
На каком этапе находится сейчас Ваше исследование?
– Мы разрабатываем и экспериментально реализуем новые наноструктурированные материалы. В качестве примера можно привести оптические метаматериалы, реализующие эффект отрицательного показателя преломления в заданном спектральном диапазоне, а также плазмонные и магнитоплазмонные кристаллы, в которых благодаря пространственному наноструктурированию удаётся управлять параметрами распространения поверхностных плазмон-поляритонов и, как следствие, реализовывать функции оптических переключателей, плазмонных волноводов и разветвителей.
Как раз в этом году, используя фемтосекундную лазерную систему, мы сделали и запатентовали прототип плазмонного переключателя со временем срабатывания порядка 0,1 пикосекунды, а это время всего лишь 30 колебаний электромагнитной волны!
Другой пример – анизотропные (вики) и хиральные (вики) метаматериалы, в которых нам удалось сделать переключение интенсивности света с субволновым пространственным разрешением порядка одной десятой длины волны зелёного света. Для этого применялись методы сканирующей ближнепольной оптической микроскопии. Рассчитываем, что прототипы устройств плазмоники и нанофотоники могут быть созданы в следующие два года и окажутся востребованными производителями в области микроэлектроники на следующем этапе её развития.