Цивилизация
Сотрудники МГУ совместно с учеными из США и Германии создали перестраиваемый метаматериал на основе наночастиц арсенида галлия. Новое оптическое вещество может быть использовано при разработке устройства для сверхбыстрой передачи информации. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Communications, сообщает пресс-служба МГУ.
Оптические метаматериалы — искусственно созданные объекты с нехарактерными для исходных материалов за счет наноструктурирования оптическими свойствами. За годы исследований ученые разработали большое число материалов с различными свойств — от скрывающих объекты до чувствительных к микроскопическим концентрациям веществ. Однако у них есть один недостаток — после изготовления свойства нельзя изменить.
Метаматериал, который разработали российские исследователи, состоит из пленки арсенида галлия, которая сделана методом электронно-лучевой литографии с последующим плазменным травлением. Материал представляет собой массив наночастиц арсенида галлия, которые благодаря своей форме резонансно взаимодействуют со светом. Таким образом, пленка может быть применена для «включения» и «выключения» метаматериалов, причем со скоростью более 100 миллиардов раз в секунду.
Работа перестраиваемого метаматериала основана на принципе генерации электронно-дырочных пар. Если облучить метаматериал лазерным импульсом, его энергия переходит электронам, которые получают возможность свободно перемещаться по материалу. Это влияет на другие световые импульсы, которые попадают в метаматериал: теперь, если метаматериал включен, свет от него отражается, если выключен — то нет. «Таким образом можно управлять светом при помощи света; на этом принципе можно построить оптические логические элементы и, в конце концов, получить возможность создания сверхбыстрых оптических компьютеров», — говорится в релизе.
«Ранее, в 2015 году, мы выпустили статью о созданном нами устройстве на основе кремниевых наноструктур. Тогда нами была показана принципиальная возможность создания наноразмерного фотонного переключателя, — рассказал ведущий автор статьи Максим Щербаков. — Оказалось, что использование арсенида галлия вместо кремния на порядок уменьшает энергопотребление таких метаматериалов».
Работа ученых относится к фотонике, которая изучает оптические сигналы, а также занимается созданием устройств различного назначения на их базе. В отличие от электроники, где сигнал передает электрон, в фотонике для этой цели служит электромагнитный квант. Исследования ученых позволят в перспективе создавать устройства передачи и обработки информации на скоростях в десятки и сотни терабит в секунду. Создание перестраиваемого метаматериала для сверхбыстрого фотонного переключения с эффективностью, достаточной для приложений, стало еще одним существенным шагом к обеспечению таких скоростей обработки информации.
