17.01.2015

Комбинирование двухмерных материалов позволит создать первые функционирующие плазмонные чипы

Плазмоника - технология передачи и обработки информации, в которой в качестве носителей информации используются плазмоны, колеблющиеся "облака" свободных электронов, возникающие при столкновении фотона света с поверхностью некоторых металлов. Но все фотонно-плазмонные устройства, которые были созданы в ходе многочисленных предыдущих исследований, имеют пока еще достаточно большие габариты, что связано с большой длиной волны используемого в их работе света, относительно низкое быстродействие и ограниченную функциональность. Такая ситуация может измениться в недалеком будущем благодаря работе международной группы исследователей из Испании, Италии и Соединенных Штатов, приспособившей для манипуляции и управления фотонами новые многослойные материалы, состоящие из нескольких слоев простых плоских материалов. И это, по словам исследователей, позволит на первом этапе уравнять возможности будущих фотонно-плазмонных чипов с возможностями нынешних электронных чипов.

Основной проблемой, с которой сталкиваются ученые, ведущие исследования в области плазмоники, является быстрое рассеивание энергии плазмонов, что ограничивает дальность их перемещения. Однако, как было уже давно замечено другими группами ученых, в графене, заключенном в оболочку из нитрида бора, электроны перемещаются на большие расстояния по так называемой баллистической траектории, рассеивая очень малую часть своей энергии даже при комнатной температуре.

В своих исследованиях ученые также обратились к использованию многослойных материалов. Они взяли лист обычного графена и "зажали" его между двумя слоями нитрида бора, кристаллическая решетка которого имеет гексагональную (шестиугольную) форму (hexagonal boron nitride, h-BN). Проведенные эксперименты показали, что на поверхности такого сложного материала плазмоны возникают достаточно легко даже при падении на него фотонов с различной длиной волны. Кроме этого, особенности материала максимально способствуют подавлению потерь энергии при движении плазмонов.

"При помощи таких хитрых уловок нам удалось заставить свет, преобразованный в плазмоны, перемещаться со скоростью, в 150 раз более низкой, нежели скорость света. При этом размеры элементов оптических схем могут быть в те же 150 раз меньше длины волны света", - рассказывает Франк Коппенс (Frank Koppens), ученый из Института фотоники (Institute of Photonic Sciences, ICFO), Барселона. - "В комбинации с обычными электронными технологиями управления оптическими компонентами наша плазмонная технология способна найти массу разнообразных применений в самых различных областях".

"Нитрид бора является идеальным партнером для графена. А комбинация этих двух материалов демонстрирует массу уникальных электрических и оптических свойств. Благодаря этому мы можем заставить свет "замедляться" и распространяться на большие расстояния по поверхности наноразмерных элементов, которые станут основой электронно-плазмонных оптических чипов будущего поколения", - рассказывает Рэйнер Хилленбрэнд (Rainer Hillenbrand), ученый из центра CIC nanoGUNE, Сан-Себастьян, Испания. - "Такие графеновые чипы, обеспечивающие низкий уровень потерь энергии при движении плазмонов, могут сделать технологии оптической обработки сигналов и вычислений намного быстрее и более эффективными, чем это могут делать современные электронные чипы".

Источники:

1. dailytechinfo.org