Создан сверхбыстрый оптический переключатель на основе атомарно тонкого полупроводника

Международная группа исследователей во главе с профессором Кристофом Линау из Ольденбургского университета создала наноразмерное устройство, способное переключать свет с рекордной скоростью. Разработка, описанная в журнале Nature Nanotechnology, может стать основой для оптических транзисторов, работающих в 10 000 раз быстрее современных электронных.

Устройство представляет собой гибридную наноструктуру: ультратонкую серебряную решётку с нанесённым на неё монослоем полупроводникового кристалла дисульфида вольфрама толщиной всего в три атома. По отдельности ни один из материалов не проявлял нужных свойств, но в комбинации они образовали «активный метаматериал».

Когда свет попадает на поверхность этой структуры, он на примерно 70 фемтосекунд (одна миллионная миллиардной доли секунды) «захватывается» в гибридном квантовом состоянии, известном как экситон-плазмонный поляритон. В этом состоянии свет ведёт себя и как частица, и как волна, взаимодействуя с электронами в полупроводнике. Используя внешний лазерный импульс, учёные смогли управлять этим взаимодействием и, как следствие, отражательной способностью материала, меняя яркость отражённого света на 10%.

«С помощью этих переключателей количество информации, которое можно передать за единицу времени, резко возрастёт», — поясняет профессор Линау. Для сравнения, время переключения современных электронных транзисторов примерно в тысячу раз больше.

По словам исследователей, такие сверхбыстрые наноразмерные оптические переключатели открывают перспективы не только для оптической обработки данных и увеличения тактовой частоты компьютеров, но и для создания новых оптических сенсоров, чипов и квантовых компьютеров. Следующая задача — оптимизировать и адаптировать активные метаматериалы для практического применения.