Фізики створили електронну схему, яка дозволяє управляти плазмонными хвилями

Фізики з Массачусетського технологічного інституту створили електронну схему, яка дозволяє управляти плазмонными хвилями за допомогою комбінації графену і ферроэлектрических матеріалів. Експерименти вчених показали принципову можливість створення обчислювальних пристроїв з дуже високими робочими частотами і при цьому мають ще більший ступінь деталізації, ніж сучасні комп’ютерні чіпи. Деталі наведені у статті Applied Physics Letters, а короткий переказ можна знайти на офіційному сайті MIT.

Фундаментальний принцип роботи пристрою заснований на використанні плазмонів: псевдочастиц, якими фізики описують поведінку плазми.

Під плазмою в контексті даної роботи розуміється не розпечений іонізований газ, а розосереджені в графені носії заряду, які досить точно можна описати як сукупність заряджених частинок електронного газу. В цьому електронному газі, у свою чергу, виникають коливання, які несуть певну енергію. Енергія коливань в повній відповідності з законами квантової механіки квантується і саме квант таких коливань називають плазмоном. .

Плазмоны відіграють важливу роль у фізиці твердого тіла, так як дозволяють, наприклад, передбачити і розрахувати оптичні властивості речовин. Але групу дослідників з MIT зацікавило не це, а можливість управління плазмонами, тобто можливість направляти плазмонні хвилі в потрібне місце.

Таке керування важливо не тільки тому, що воно зайвий раз піддасть перевірці теоретичні моделі, але ще й тому, що плазмонні хвилі можуть мати набагато більшу частоту, ніж електромагнітні коливання в використовуваної сьогодні електронній техніці. Якщо типовий центральний процесор працює на частотах від сотень мегагерц до декількох гігагерц, то плазмонні хвилі в дослідах вчених показали принципову можливість досягнення позначки в кілька терагерц, кілька тисяч гігагерц.

Як повідомляють дослідники,

вони змогли управляти плазмонами за рахунок комбінації двох матеріалів, графена і ферроэлектриков.

Графен являє собою плоский лист товщиною в один атом вуглецю, а ферроэлектриками або сегнетоэлектриками називаються речовини, здатні электризовываться під дією електричного поля і зберігати заряд після того, як зовнішнє поле знято. Розмістивши графеновий лист між двома пластинками ніобіту літію фізики змогли направити плазмонні хвилі в потрібному напрямку після того, як сформували із заряджених ділянок ферроелектріка кордону хвилеводу.

Досліди показали, що

між такими хвилеводами відстань може бути не більше 20 нанометрів і при цьому плазмонні коливання не будуть спотворювати один одного.

Дослідники вважають, що їх робота відкриває шлях хоч і не до промислової реалізації методу, то як мінімум до продовження експериментів з графеном і ферроэлектриками.

Одним з можливих додатків вчені називають оптоелектронні пристрої, в яких світло викликає плазмонні коливання: попередні оцінки свідчать на користь того, що вони будуть набагато більш компактні, ніж сучасні перетворювачі такого роду. Крім того, розробка може допомогти у створенні швидких систем запису і зчитування інформації з ферроэлектрических запам’ятовуючих пристроїв: теоретично швидкість роботи може перевищити поточні показники в тисячі разів.

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *