05 мая 2015
Ученые КФУ развивают технологию сжатия света до 10 нанометров

Увеличение скорости обработки информации является сегодня для человечества основной составляющей прогресса. Это может повысить эффективность технологических процессов и облегчить нашу жизнь, построенную на использовании всевозможных приборов.

В этом материале мы подробно расскажем о вкладе ученых Института физики Казанского университета в это научное направление. 

Не секрет, что современные достижения в микро- и наноэлектронике позволяют создавать миниатюрные электронные устройства, в которых интегральные схемы состоят из функциональных элементов размером всего 22 нм (1 нанометр равен одной миллиардной части метра, - прим. Авт.), что является действующим международным стандартом. В настоящее время мировые компании по производству оптических литографов ведут разработки по созданию топологий с размером 5-8 нм. Однако быстродействие таких устройств достигло своего предела и составляет несколько десятков гигагерц, а дальнейшее увеличение скорости приводит к необходимости использовать оптические технологии.

"Классическая фотоника и оптоэлектроника не могут решить задачу объединения быстродействующих оптических каналов с элементами наноэлектроники, поскольку размер фотона примерно в 200 раз больше элементарного электронного устройства", - рассказал доцент Института физики КФУ Сергей Харинцев.

По словам ученого, нанофотоника и плазмоника "снимают" это ограничение благодаря созданным в последнее время искусственным плазмонным материалам, метаматериалам и метаповерхностям. Их новые свойства дают возможность электромагнитным волнам, свету распространяться на оптических частотах с длиной волны, составляющей несколько десятков нанометров. Преобразование оптического фотона с размером 1500 нм в "сжатый" фотон (который называют плазмоном) с размером до 10 нм осуществляется с помощью наноразмерных оптических устройств, например, плазмонных наноантенн.

Эти антенны играют ключевую роль в синтезе тонко-пленочных нано-структурированных оптических метаматериалов и создании на их основе элементов с уникальными оптическими свойствами: металинз, светофильтров, поглощающих поверхностей, поляризаторов. Кроме того, плазмонные  антенны формируют элементную базу для разработки и внедрения нано-размерных оптических устройств - однофотонных источников света, фотонных диодов, плазмонных волноводов, систем субволновой регистрации инфракрасного излучения и др. Свойства плазмонных антенн позволяет создавать новые и усовершенствовать существующие методы диагностики наноразмерных систем, в том числе искусственно создаваемых метаматериалов.

В Институте физики Казанского университета в последние 5 лет активно ведутся исследования в области создания плазмонных наноантенн и метаповерхностей для нанофокусировки и управления светом на наношкале.

"Основное направление наших исследований заключается в том, чтобы научиться сжимать и управлять видимым и инфракрасным излучением на расстоянии меньшем длины волны света", - отметил Сергей Харинцев.

По словам ученого, электронные устройства, которые мы сегодня активно используем, медленнее фотонных.

Почему же мы до сих пор, в таком случае, пользуемся электроникой?

Причиной является дифракция света, которая накладывает ограничения на размеры и характеристики фотонных приборов. Например, ширина оптического волокна, из-за интерференции световых волн, должна быть не меньше их длины волны. Для передачи оптических сигналов внутри микросхем используется инфракрасный свет с длиной волны около 1 500 нм. Минимальная ширина оптического волновода в этом случае будет слишком велика, поскольку транзисторы современных чипов состоят из элементов размером менее 100 нм.

По словам Сергея Харинцева, одной из задач, поставленных перед коллективом ученых КФУ, является развитие технологии сжатия света до 10 нанометров. Результаты этой работы будут использованы в полупроводниковой и оптоэлектронной промышленности для диагностики материалов и устройств на оптических частотах с нанометровым разрешением.

Текущими и наиболее актуальными исследованиями, которые проводятся на кафедре оптики и нанофотоники, является создание плазмонных метаповерхностей, которые лежат в основе элементной базы оптоэлектроники и наноэлектроники, а именно: светофильтры, поляризаторы, линзы, металинзы и др. "Конечно, до практического использования этих инноваций понадобится некоторое время, - отметил Сергей Харинцев. - Но то, что эти технологии войдут в нашу повседневную жизнь не вызывает сомнений. На смену электронике и электрическим цепям придет фотоника и оптические волноводы. Скорость обработки информации и ее передача на большие расстояния возрастут на несколько порядков. Искусственные метаматериалы существенно изменят наши представления об окружающем мире".  

Источник информации: Наталья Дорошкевич, пресс-служба КФУ
Комментарии
Фишман А.И. 14.05.15, 19:34
+3 
-3 
Приятно осознавать, что наши коллеги работают на передовом крае физической науки, выполняя экспериментальные исследования на мировом уровне. Такие работы стали возможными благодаря приобретению КФУ уникального многофункционального спектрального комплекса. Успехов!