Российские ученые нашли способ передачи данных с помощью наночастиц

Российские ученые нашли способ использовать наночастицы из кремния для эффективного нелинейного управления светом. Это позволит создавать оптические устройства на основе кремниевых наночастиц, которые смогут пропускать, отражать или рассеивать свет в выбранном направлении в зависимости от его интенсивности. В перспективе такие приборы могут стать основой миниатюрных чипов для сверхбыстрой – до 250 Гбит/с – обработки информации в оптических линиях связи и оптических компьютерах будущего. Напомним, что традиционная кремниевая электроника достигает скоростей всего лишь в десятки гигабит в секунду для одного элемента.

В ходе эксперимента физики продемонстрировали, что при взаимодействии мощного лазерного импульса с кремниевой наночастицей может происходить сверхбыстрое переключение между различными режимами рассеивания света, и также построили аналитическую теорию, описывающую такие нелинейные наноантенны. Исследование показало высокий потенциал кремниевых частиц для создания свербыстрых оптических наноустройств. Построенную модель можно применять для разработки более сложных наноструктур, содержащих кремниевые частицы, которые позволят управлять светом совершенно непривычным способом, например, изменять амплитуду оптического сигнала.

Электромагнитная антенна в режиме (а) излучения и (б) приёма сигнала (рисунок МФТИ)

Физики из МФТИ и Университета ИТМО сосредоточились на исследовании анетенн, способных эффективно излучать в определенном направлении, или, наоборот, принимать сигнал. Для гибкой обработки поступающего сигнала требуется, чтобы антенна была перестраиваемой: ее характеристики (например, диаграмму направленности) можно изменять во время работы. Одним из решений является нелинейная антенна, чьи рабочие характеристики перестраиваются под действием самого падающего излучения. Однако разработка подобных устройств в видимом и инфракрасном диапазоне частот затруднена.  Современные оптоволоконные устройства передают данные со скоростью до сотен гигабит в секунду, но кремниевая электроника не позволяет обрабатывать информацию настолько быстро. Выходом могли бы стать нелинейные оптические наноантенны – они бы позволили достичь сверхбыстрой обработки оптической информации.

Ученые построили аналитическую модель, описывающую сверхбыструю нелинейную динамику рассматриваемой наноантенны. Расчеты и эксперименты позволяют сделать вывод о быстродействии такой антенны на уровне 250 Гбит/с, в то время как традиционная кремниевая электроника позволяет добиться скоростей всего лишь до десятков Гбит/с для одного элемента.