Forskere udvikler nye optiske kredsløbskomponenter til at manipulere lys

Synes du, at din computer er hurtig nok? Tænk igen. Fremtidens computere kunne arbejde næsten med lysets hastighed! Nanofotonik, undersøgelse af lys i nanometerskalaen, faktisk kunne bringe hastigheden på vores teknologi til et helt andet niveau. Center for Integreret Nanostructure Physics (CINAP) inden for Institute for Basic Science (IBS) har udviklet tre nøglekomponenter i et kredsløb, der arbejder med lys. Udgivet i Naturkommunikation , disse enheder kombinerer fordelene ved fotonik og elektronik på den samme platform.

Mens vi langsomt nærmer os slutpunktet i Moores lov:en tilstand, hvor vi fysisk ikke kan krympe dimensionen af ​​vores transistorer meget mere; fremtiden for big data -behandling kræver computere med høj ydeevne med højere hastighedsoperationer. Forskere regner med, at hvis vi bygger computere, der behandler information gennem lys, i stedet for elektroner, computeren vil kunne arbejde hurtigere. Imidlertid, ved nanometer dimensioner, lysets bølgelængde er større end siliciumfiberens diameter, og derfor kan noget lys gå tabt. En løsning til at kontrollere spredning af lys i stof kan komme fra overfladeplasmoner. Disse er elektromagnetiske bølger, der formerer sig langs overfladen af ​​nogle ledende materialer som sølv, guld, aluminium og kobber. Ved hjælp af overfladeplasmoner, optisk information kan overføres næsten med lysets hastighed og i ekstremt miniaturevolumener.

Brug af overfladeplasmoner i sølv nanotråde og 2D halvledere som molybdendisulfid (MoS2), IBS -forskere byggede tre nøglekomponenter til optisk kommunikation:optiske transistorer, optiske multiplexere og optiske signaldetektorer.

Disse enheder fungerer takket være et fænomen kaldet plasmon-exciton-plasmon interkonvertering.

IBS -forskere konstruerede den optiske transistor ved at forbinde sølv -nanotråden med en flage MoS2. Lys skinnede på enheden konverteres til overfladeplasmon, end at exciton, tilbage til overfladeplasmon og til sidst udsendt som lys med en kortere bølgelængde i forhold til det oprindelige input. For eksempel, hvis inputindikatoren er grøn, output lyset kan være rødt.

Bølgelængde -multipleksingsenheder blev realiseret på en lignende måde, men i stedet for kun at have en flage MoS2, forskerne brugte en række tre forskellige 2D halvledermaterialer, der udsender lys ved forskellige bølgelængder. I denne struktur, for eksempel, et enkelt inputlys (violet farve) genererer tre outputlys (blå, grøn og rød).

De formerende optiske signaler langs sølv -nanotråden kan også transformeres og detekteres som elektriske signaler af en optisk signaldetektor.

"Originaliteten af ​​dette papir stammer fra exciton-plasmon-omdannelsen. Vi offentliggjorde før konverteringen af ​​exciton til plasmon, og fra plasmon til exciton ved hjælp af sølv nanotråd/2D halvlederhybrider, men det er første gang, vi kan fuldende cirklen fra plasmoner til excitoner og tilbage til plasmoner. Ved hjælp af dette koncept, vi skabte optiske transistorer og multiplexorer, "forklarer professor Hyun Seok Lee, første forfatter til denne undersøgelse.