Forskere skaber ultrahurtigt afstemeligt halvledermetamateriale

Et internationalt team af forskere fra Moscow State University (Rusland), Sandia National Laboratories (U.S.), og Friedrich-Schiller University (Tyskland) har udviklet et ultrahurtigt afstemeligt metamateriale baseret på galliumarsenid-nanopartikler. Deres undersøgelse blev offentliggjort i Naturkommunikation . Det nye optiske metamateriale baner vejen for ultrahurtig informationsoverførsel på nanoskalaen.

Optiske metamaterialer er menneskeskabte medier, der erhverver usædvanlige optiske egenskaber på grund af nanostrukturering. I næsten 20 år, forskere har designet mange metamaterialebaserede enheder, herunder dem, der skjuler genstande for dem, der er følsomme for små koncentrationer af stoffer. Imidlertid, ved fremstilling, metamaterialegenskaber forbliver faste. Teamet fandt på en måde at tænde og slukke metamaterialer på, "og gør det meget hurtigt - mere end 100 milliarder gange i sekundet.

Forskere fremstillede metamaterialet fra en tynd galliumarsenidfilm ved elektronstråle litografi med efterfølgende plasma-ætsning. Materialet består af en vifte af halvleder -nanopartikler, som kan resonant koncentrere sig og "holde" lys på nanoskalaen. Med andre ord, når lyset oplyser metamaterialet, den er "fanget" inde i nanopartiklerne og interagerer mere effektivt med dem.

Arbejdsprincippet for det ultrahurtige afstembare metamateriale ligger i dannelsen af ​​elektronhullepar. I stabil tilstand, metamaterialet er reflekterende. Derefter, forskere belyser metamaterialet med en ultrakort laserpuls. Dens energi bruges til at generere elektroner og elektroner - “huller” - i materialet. Tilstedeværelsen af ​​elektroner og huller ændrer metamaterialets egenskaber, så det ikke længere er reflekterende. På et splitsekund, elektroner og huller forsvinder ved at møde hinanden, og metamaterialet er reflekterende igen. På denne måde, det er muligt at konstruere optiske logiske elementer, hvilket også åbner muligheden for at oprette ultrahurtige optiske computere.

I 2015, en del af det samme samarbejde rapporterede om en lignende enhed baseret på silicium -nanostrukturer. I deres nye undersøgelse, galliumarsenid blev brugt i stedet for silicium, som øgede effektiviteten ved at kontrollere lys via lys i metamaterialer med en størrelsesorden.

I fremtiden, forskningen kunne muliggøre oprettelse af informationsoverføringsenheder med behandlingshastigheder på tiere og hundredvis af terabit i sekundet. Demonstrationen af ​​meget effektive afstembare halvledermetamaterialer er et vigtigt skridt i retning af sådanne informationsbehandlingshastigheder.