Подпишитесь на нашу ежедневную рассылку с новыми материалами

Наука


Графен, открытый Андреем Геймом и Константином Новоселовым, является отличной основой для эффективного фототранзистора. Это открытие может быть использовано при создании сверхбыстрых чипов для высокоскоростной оптической связи.


Графен – эта углеродная пленка толщиной в один атом – в очередной раз умудрился удивить ученых своими необыкновенными свойствами, на этот раз оптическими. Исследователи Колумбийского университета (штат Нью-Йорк, США) совместно с коллегами из Института микроэлектроники в Сингапуре наложили графеновую пленку на кремниевый фотонный кристалл и обнаружили, что в этом случае графен нелинейно реагирует на слабый оптический сигнал генерацией СВЧ-фотонов намного более высокой амплитуды.

Иными словами, они получили нечто вроде фотонного транзистора, где свет управляет светом.

Фотонный кристалл и сам по себе не слишком обычен – грубо говоря, это оптический фильтр, прозрачный для одних световых волн и отражающий другие. Это разноцветные крылья бабочки, перламутровое покрытие морских раковин, это удивительный блеск опала, а для физики это некий оптический аналог электронному полупроводнику – и там, и там существует понятие запрещенной зоны. И подобно тому, как соединение двух полупроводников порождает электронный транзистор, соединение графена с фотонным кристаллом привело к созданию подобного же устройства, где электроны заменены фотонами.

Устройства, способного очень быстро генерировать надежно различимые оптические ноль и единичку – то есть именно того, что необходимо при передаче и обработке информации.

"Нам удалось продемонстрировать и объяснить сильный нелинейный ответ графена, ключевого элемента в этом новом гибридном приборе, – говорит один из авторов исследования, опубликованного в журнале Nature Photonics, Тиньги Гу. – Графен-кремниевый гибридный фотонный чип – это важный шаг к созданию новых, полностью оптических элементов более быстрой, более эффективной телекоммуникации".

Исследуя свойства своего гибридного чипа, ученые также обнаружили, что, пропуская через него лазерный луч и управляя его тепловым и электронным ответом, они могут модулировать яркость и цвет этого луча на радиочастотах, причем так называемый Q-фактор (отношение частотного диапазона к частоте несущей волны) в 50 раз меньше того, что раньше удавалось добиться для кремния.

Ученые также обнаружили еще один эффект, который для оптической передачи информации вообще-то считается вредным – так называемое четырехволновое смешивание, при котором волны распространяясь вместе в одной среде, скажем, по оптоволокну, начинают взаимодействовать между собой и порождает еще две волны с другими частотами и направлениями.

Однако смешивание, которое обнаружила команда исследователей, происходило в кремниевых нанополостях и скорее обрадовало, чем огорчило исследователей.

"Через нелинейное смешивание двух электромагнитных полей, – говорит профессор Колумбийского университета Чээ Вэй Вон, возглавляющий это исследование, – мы получили две новых оптических частоты при низких рабочих энергиях, уменьшив энергетические затраты на бит информации. Это позволяет создавать плотно упакованные фотонные схемы для полностью оптической обработки информации".

Коллеги ученых, опубликовавших статью, к их работе отнеслись с большим воодушевлением, назвав ее новой коммуникационной парадигмой сверхнизкой мощности, открывающей путь к целому спектру новых оптоэлектронных приборов, таких как сверхбыстрые чипы для высокоскоростной оптической связи. 
Нужные услуги в нужный момент
{banner_819}{banner_825}
-18%
-25%
-10%
-20%
-10%
-16%
-42%
-25%