Ученые из МГУ создали устройство, которое может стать основой компьютеров будущего

11:57 16.10.2015

Разработка относится к фотонике


Изображение с сайта pubs.acs.org

Исследователи из МГУ имени М. В. Ломоносова в составе международной группы создали сверхбыстрый фотонный переключатель, работающий на кремниевых наноструктурах. Это устройство может стать основой компьютеров будущего и позволить передавать данные с огромной скоростью. Разработка ученых представлена в статье в журнале Nano Letters.

Данная разработка относится к фотонике - научной дисциплине, которая появилась в шестидесятых годах прошлого века одновременно с появлением лазеров. Основная идея фотоники — сделать то же, что делает электроника, но с заменой электронов на кванты света — фотоны. Главное их преимущество в том, что они практически не взаимодействуют друг с другом и со средой, в которой распространяются, и потому более предпочтительны для передачи информации, чем электроны. Это в первую очередь может быть использовано в компьютерах, для которых главным показателем является быстродействие. Но в то время, как основа современных электронных устройств — транзисторы — имеют характерные размеры менее ста нанометров, размеры прототипов оптических транзисторов остались на масштабах в несколько микрометров. Структуры же, способные в этом смысле конкурировать с электроникой, такие, как плазмонные наночастицы, отличались низкой эффективностью и большими потерями. Так что ситуация с компактностью для фотонных схем представлялась тупиковой.

Но три года назад исследователи одновременно из нескольких научных групп наткнулись на важный эффект: в наночастицах кремния были обнаружены сильные резонансы в видимой области спектра, так называемые магнитные дипольные резонансы. Данный резонанс характеризуется сильной локализацией световых волн на субволновых масштабах внутри наночастиц. Эффект заинтересовал многих исследователей, однако, по словам Максима Щербакова, первого автора статьи в Nano Letters, никто почему-то не подумал о том, что это открытие может лечь в основу компактного и очень быстрого фотонного переключателя.

Наночастицы удалось изготовить в Австралийском национальном университете методом электронно-лучевой литографии с последующим плазменным травлением. Это было сделано аспирантом Александром Шороховым, который проходил там стажировку в рамках стипендии Президента РФ. Полученные образцы были направлены в Москву, и все последующие эксперименты с ними проводились на физическом факультете МГУ в лаборатории нанооптики и метаматериалов.

«В своих экспериментальных исследованиях мы с моей коллегой Полиной Вабищевич, сотрудницей физического факультета МГУ, использовали большой набор различных нелинейно-оптических методик, связанных со взаимодействием фемтосекундных лазерных импульсов с веществом, — пояснил Максим Щербаков. — Нами использовался фемтосекундный лазерный комплекс, приобретенный по программе развития МГУ.

В конечном итоге исследователями был получен прибор, представляющий собой диск диаметром в 250 нанометров, способный переключать оптические импульсы за время, исчисляемое фемтосекундами (фемтосекунда представляет собой одну миллионную долю от одной миллиардной доли секунды). Такое время срабатывания позволяет в перспективе создавать устройства передачи и обработки информации на скоростях в десятки и сотни терабит в секунду. Подобная скорость позволила бы скачивать тысячи художественных фильмов высокого качества за одну секунду.

Работа созданного учеными МГУ фотонного переключателя сводится к отправке на него двух лазерных импульсов, которые, благодаря наличию у кремниевых наночастиц магнитных резонансов, очень хорошо друг с другом взаимодействуют. Если эти импульсы приходят одновременно, то один них, управляющий, вступает во взаимодействие со вторым и гасит его за счет эффекта двухфотонного поглощения. Если же импульсы приходят с разрывом во времени всего в сто фемтосекунд, взаимодействия не происходит, и второй импульс проходит через наноструктуру, не изменяясь.

«Нам удалось разработать структуру, в которой также сведена на «нет» роль свободных носителей, — отметил Максим Щербаков. — Свободные носители — то есть электроны и дырки — в устройствах интегральной фотоники традиционно накладывают серьезные ограничения на скорости преобразования сигналов. Наша работа представляет собой важный шаг для развития активных устройств фотоники — логических элементов, транзисторов и т.п. Особенности технологии, примененной нами в нашей разработке, позволят уже сейчас использовать ее в схемах кремниевой интегральной фотоники. В ближайшей перспективе мы намерены осуществить проверку таких наночастиц в интегральном исполнении».

Комментарии читателей
10.04.2016, 00:35
Гость: Александр

Удаляет некоторых от истины не наука, а вот такие околооригинальные болваны

27.10.2015, 12:48
Гость: 2*2

По моему все эти технологи от сохи -"выше, дальше, быстрее" - финансируются только те проекты идеи которых понятны и козе. Попробуй докажи чиновнику, он ЖЕ финансирует, докажи то в чем и сам толком не уверен. Вот и финансируют то что дает очевидный результат - увеличение там убыстрение, утолщение и все такое. По моему наша наука все время занимается лишь тем, что отдаляет нас от истины.

17.10.2015, 13:58
Гость: 50x50

/* Как фамилия конструктора разработчика пентиума? */
=
Vladimir Pentkovski is a Principal Engineer in the
Microprocessor Product Group in Folsom.
He was one of the architects in the core team, which defined the Internet Streaming SIMD Extensions of IA-32 architecture.
Vladimir led the development of Pentium III processor architecture and performance analysis. Previously he led the development of compilers and software and hardware support for programming languages for Elbrus multi-processor computers in Russia.
Это достоверно известно.
=
Кроме того, в 1993 году Intel представила свой принципиально новый 32-разрядный процессор Pentium и его новшества поразительно напоминали то, что было реализовано ранее в Эль-90.
В 1990г, тогда еще сотрудник ИТМиВТ, Пентковский работал над Эль-91С, последователем Эль-90.
=
Главным разработчиком пентиума его не называют (вот разработку Pentium III он возглавлял точно), но влияние прослеживается.

]]>
Загрузка...
]]>
]]>
]]>
]]>]]>
]]>
]]>
Сетевое издание KM.RU. Свидетельство о регистрации Эл № ФС 77 – 41842.
Мнения авторов опубликованных материалов могут не совпадать с позицией редакции.
При полном или частичном использовании редакционных материалов активная, индексируемая гиперссылка на km.ru обязательна!
Мультипортал KM.RU: актуальные новости, авторские материалы, блоги и комментарии, фото- и видеорепортажи, почта, энциклопедии, погода, доллар, евро, рефераты, телепрограмма, развлечения.
Карта сайта
Если Вы хотите дать нам совет, как улучшить сайт, это можно сделать здесь.
Организации, запрещенные на территории Российской Федерации