Разработка может стать значимым шагом к сверхкомпактной фотонной электронике будущего.
На сегодняшний день традиционная электроника постепенно достигает своих технологических границ: чем меньше становятся устройства, тем сложнее повышать их скорость и эффективность. В связи с этим всё больше надежд возлагается на фотонику — технологии, в которых информация передается не электронами, а фотонами, то есть частицами света. Фотоны легче «упаковывать» в быстрые и компактные системы, но при работе с ними существует основная проблема: свет ведет себя как волна, что делает его трудным для надежного удержания в структурах меньших, чем его собственная длина волны. Это особенно актуально для инфракрасного света, длина волны которого составляет микрометр и более.
Физики из Варшавского университета совместно с коллегами из Лодзинского технологического университета, Варшавского политеха и Польской академии наук продемонстрировали, что такой барьер можно преодолеть. Они применили так называемую субволновую решетку — набор очень плотно расположенных параллельных полосок. Если интервал между ними меньше длины волны света, такая решетка начинает функционировать необычным образом: с одной стороны, как практически идеальное зеркало, с другой — как ловушка для света в очень малом объеме.
Ключевым материалом для уникальной наноструктуры стал диселенид молибдена (MoSe2). Его основное достоинство — очень высокий показатель преломления. Проще говоря, внутри этого материала свет значительно замедляется. Если в стекле свет замедляется приблизительно в 1,5 раза, а в кремнии — примерно в 3,5 раза, то в MoSe2 — примерно в 4,5 раза. Благодаря этому размеры структуры удалось значительно уменьшить без потери ее эффективности.
Однако у этого материала имеется и другая интересная характеристика: он нелинейно взаимодействует со светом. В частности, он способен к генерации третьей гармоники — процессу, при котором три инфракрасных фотона объединяются в один фотон более высокой энергии, то есть видимого синего света. Поскольку решетка значительно концентрирует инфракрасное излучение, этот эффект усиливается более чем в 1500 раз по сравнению с плоским слоем того же материала.
Революционным стал не только состав материала, но и метод изготовления наноструктуры. Ранее такие слои часто получали «скотч-методом» — фактически отслаивая тонкие пласты от кристалла, как графен. Это приемлемый подход для лаборатории, но не для промышленного производства. Чтобы осуществить масштабирование своей разработки, ученые использовали молекулярно-лучевую эпитаксию — зрелую полупроводниковую технологию, позволяющую выращивать большие и однородные пленки.
Это означает, что уникальная разработка имеет все шансы не остаться лишь интересным экспериментом, а стать шагом к созданию реальных фотонных чипов, где светом можно будет управлять в структурах почти атомарной толщины.
Фото: hi-tech.mail.ru