Недавно исследователи из университета Дюка (Duke University) решили проблему создания высокоскоростного источника света, созданное ими миниатюрное устройство способно переключаться со скоростью 90 миллиардов раз в секунду и оно может стать основой оптических вычислительных систем будущих поколений.

На самом простом уровне энергия источника питания или батареи вашего компьютера или смартфона приводят в действие миллиарды транзисторов процессора или других чипов.

Скорость переключения транзисторов ограничена несколькими факторами и, если бы вместо электронов можно было бы использовать фотоны света, компьютеры смогли бы работать еще быстрей, нежели они могут делать это сегодня.

Для реализации фотонных вычислений требуется источник света, который может переключаться с очень высокой скоростью и в качестве таких источников света могут выступать лазеры. Но, к сожалению, даже самые маленькие полупроводниковые лазеры потребляют слишком много энергии и слишком велики для того, чтобы было возможным интегрировать их на кристаллы фотонно-электронных чипов. Но недавно исследователи из университета Дюка (Duke University) решили проблему создания высокоскоростного источника света, созданное ими миниатюрное устройство способно переключаться со скоростью 90 миллиардов раз в секунду и оно может стать основой оптических вычислительных систем будущих поколений.

Основой высокого быстродействия нового светоизлучающего устройства являются полупроводниковые квантовые точки и волны на основе плазмонов. Электрическая природа плазмонов определяет то, что новое плазмонное устройство может использоваться везде, где требуется высокоскоростной источник, в чисто оптических чипах, в смешанных оптоэлектронных чипах или обеспечивать скоростной обмен данными между традиционными электронными чипами и их внутренними компонентами.

«Такое устройство является тем, в чем достаточно долго нуждалось техническое сообщество» – рассказывает Мэйкен Миккелсен (Maiken Mikkelsen), профессор из университета Дюка, – «Получив в свое распоряжение скоростной источник света, мы можем начинать думать о разработке скоростных оптических переключающих устройств, основанных на разработанной нами технологии, и других компонентов, которые смогут стать "строительными кирпичиками» оптических вычислительных систем будущего".

Устройство представляет собой серебряный кубик, сторона которого равна всего 75 нанометрам. Когда поверхность этого кубика освещается светом лазера, свободные электроны на поверхности материала начинают колебаться, создавая плазмоны и плазмонные волны. Колебания плазмонов создают интенсивное электромагнитное поле между серебряным нанокубиком и листом золота, толщина которого составляет всего 20 атомов. Это поле взаимодействует с квантовыми точками, сферами из полупроводникового материала, диаметром в 6 нанометров, которые зажаты между одной из плоскостей кубика и листом золота.

Именно эти квантовые точки, черпая энергию электромагнитного поля, являются высокоэффективными фотонными излучателями, которые могут включаться и выключаться со скоростью 90 миллиардов раз в секунду.

В настоящее время исследовательская группа работает над тем, чтобы превратить созданное ими плазмонное устройство в источник единичных фотонов, компонент, который является основой систем безопасных квантовых коммуникаций. Для этого ученые помещают в промежуток между гранью куба и золотой фольгой всего одну квантовую точку.

Кроме этого, ученые пытаются увеличить эффективность разработанного ими светоизлучающего устройства, подбирая комбинации местоположения и ориентации квантовых точек в пространстве. А в недалекой перспективе ученые планируют избавиться от внешней оптической накачки их светоизлучающего устройства, заменив ее более простой электрической накачкой, что позволит значительно упростить устройства, в которых будут использоваться такие источники света.