Ученые Томского политехнического университета вместе с российскими коллегами и исследователями из Датского технического университета впервые экспериментально подтвердили существование двумерного искривленного пучка квазичастиц плазмонов — плазмонного крючка. «Плоский», двумерный вариант крючка меньше трехмерного и обладает новыми свойствами, благодаря чему исследователи рассматривают его как наиболее перспективный передатчик сигналов в высокоскоростных оптических микросхемах. Результаты экспериментов опубликованы в журнале Applied Physics Letters (IF: 3,597; Q1).  

В существующих вычислительных устройствах информацию передают электроны. Ученые считают, что если заменить их на фотоны — кванты света, то передавать данные можно будет буквально со скоростью света. Чтобы микросхемы и целые компьютеры, работающие на оптическом принципе, стали привычными устройствами и вышли в массовое производство, необходимо найти способ «сжать» свет до наномасштаба.

Фото: изображение крючка, полученное с помощью ближнепольного оптического микроскопа / (с) arxiv.org 

«Мы ищем новые виды искривленных волновых пучков, которые могут решить эту задачу. Ранее мы смоделировали и экспериментально доказали существование фотонного, акустического крючка, а теперь и плазмонного. На сегодняшний день это самый перспективный кандидат для передачи сигнала. Длина волны плазмонов меньше, чем в свободном пространстве у трехмерного варианта, а область локализации излучения находится в нанодиапазоне. Это критичный показатель для миниатюризации», — говорит руководитель работы, профессор отделения электронной инженерии ТПУ Игорь Минин.
Авторы статьи получили «плоский» плазмонный крючок с помощью простого и дешевого фокусирующего элемента. Он представляет собой ассиметричную частицу из диэлектрика размером 4-5 микрометров и толщиной около 0,25 микрометра. По словам ученых, форма частицы может быть разной, в данном случае это был микрокубик с пристыкованной призмой. Эту частицу исследователи разместили на золотую пленку толщиной 0,1 микрометра, на обратной стороне которой была нанесена дифракционная решетка.
Во время экспериментов на решетку направляли луч лазера. Под действием света очень близко от поверхности решетки происходило возмущение плазмонов, то есть свет преобразовывался в плазмонные волны. Эти волны, проходя через ассиметричную частицу диэлектрика, фокусировались в искривленный двумерный луч. 

«Двумерный вариант луча мы получили именно за счет специальной формы диэлектрической частицы, — поясняет ученый. — Один из механизмов субволновой структурированной фокусировки основан на явлении плазмонной наноструи, которое нам удалось впервые экспериментально зафиксировать ранее. Когда мы переходим от свободного, трехмерного пространства к плазмонам-поляритонам, то есть в двумерное пространство, проявляется квантовая природа материи. Это позволяет реализовать принципиально новые возможности для управления взаимодействием между материей и светом, например, для реализации методов биосенсинга, основанных на обнаружении в ближнем поле частиц микро- и наноразмеров, биомолекул. Конечно, пока рано говорить о практическом использовании результатов, это задача будущих исследований. Потому что пока любые изыскания и эксперименты по передаче сигналов на оптических принципах находятся в плоскости фундаментальной науки. Для создания, например, производительного оптического компьютера или даже эффективных микросхем ученым из разных областей предстоит преодолеть еще множество вызовов. На их преодоление может уйти 10-15 лет», — поясняет инициатор работы, профессор Томского политехнического университета Игорь Минин. 

Исследование было частично поддержано грантом Российского фонда фундаментальных исследований и программой повышения конкурентоспособности ТПУ. В работе принимали участие специалисты Датского технического университета, Института сверхвысокочастотной полупроводниковой электроники РАН, Московского физико-технического института. ​

Источники

Ученые впервые получили "плоский" плазмонный крючок для высокоскоростных микросхем будущего
Служба новостей ТПУ (news.tpu.ru), 31/03/2021
Ученые впервые получили "плоский" плазмонный крючок для высокоскоростных микросхем будущего
Energyland.info, 31/03/2021
Томские ученые помогли получить первый "плоский" плазмонный крючок для высокоскоростных микросхем
Томский обзор (obzor.city), 31/03/2021
Ученые впервые получили "плоский" плазмонный крючок для высокоскоростных микросхем будущего
Научная Россия (scientificrussia.ru), 31/03/2021
Томские ученые помогли получить первый "плоский" плазмонный крючок для высокоскоростных микросхем
Gorodskoyportal.ru/tomsk, 31/03/2021
Ученые впервые получили "плоский" плазмонный крючок для высокоскоростных микросхем будущего
Politik (politik.su), 01/04/2021
Ученые впервые получили "плоский" плазмонный крючок для высокоскоростных микросхем будущего
Nanonewsnet.ru, 02/04/2021

Похожие новости

  • 17/03/2021

    «Начинку» датчиков для беспилотников и высокочувствительный прибор для измерения разности напряжений разработали в ТПУ аспиранты из Вьетнама

    Электронные компоненты датчиков для автономной навигации беспилотников и высокочувствительный прибор для измерения разности напряжений разработали в Томском политехническом университете молодые ученые из Вьетнама Ло Ван Хао и Буй Дык Бьен.
    617
  • 10/02/2021

    Учёные исследуют высокоэнтропийные сплавы – материалы нового класса

    Учёные и аспиранты кафедры естественнонаучных дисциплин СибГИУ (участник НОЦ «Кузбасс») в содружестве с коллегами из Института сильноточной электроники СО РАН, Самарского национального исследовательского университета имени академика С.
    998
  • 15/12/2020

    Международная команда физиков изучила радиационные свойства озона

    ​​Полученные результаты помогут осуществлять контроль качества озонового слоя, который участвует в формировании атмосферы и климата Земли, влияет на качество воздуха, охраняет планету от жесткого ультрафиолетового излучения.
    752
  • 10/03/2021

    Изучение планктона цифровой голографической камерой поможет экологии

    Ученые лаборатории радиофизических и оптических методов изучения окружающей среды РФФ ТГУ нашли способ определять загрязнения водоемов по планктону. Основной инструмент – цифровая голографическая камера.
    574
  • 24/12/2020

    Алексей Гоголев: «Мы сумели выполнить все обязательства и не снизить планку»

    И.о. руководителя Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ рассказал о достижениях коллектива школы в 2020 году, планах и задачах на следующий год.  2020 год в силу понятных причин стал для нас крайне непростым, но мы достойно выдержали удар, сумев выполнить все обязательства по грантам, программам, не допустить снижения основных индикаторов исследовательской деятельности.
    1184
  • 06/07/2021

    ТГУ разрабатывает концепцию НЦМУ по государственной безопасности

    В рамках экспертного форума U-NOVUS 2021 при координации Томского государственного университета прошло обсуждение перспектив создания Центра развития науки, технологий и образования в области обеспечения безопасности государства.
    1139
  • 01/04/2021

    В Томске прошли первые испытания навигатора для дронов, ищущих полезные ископаемые

     Специалисты Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР) успешно провели первые испытания системы навигации для беспилотных летательных аппаратов, которая позволит создавать дроны для поиска полезных ископаемых, в частности, алмазов и железной руды.
    562
  • 29/12/2020

    Наталья Гусева: «2020 год потребовал самоотверженности и готовности к переменам»

    ​Директор Инженерной школы природных ресурсов ТПУ Наталья Гусева поделилась результатами, которых достиг коллектив школы в 2020 году, и рассказала о целях и задачах на будущий год.​   Уходящий год стал точкой отсчета новой реальности для всего мира, и, чтобы в нее «встроиться», нам пришлось многое пересмотреть и изменить в своей деятельности.
    1927
  • 26/07/2021

    «Движущая сила науки – интерес»: физик из США в Томске изучает озон

    ​Профессор университета Центральной Флориды (США) Вячеслав Кокоулин приехал в Томский госуниверситет для работы над проектом «Озон: радиационные свойства на пороге диссоциации, процессы формирования, релаксации и распада; спектроскопическое обеспечение для моделирования спутниковых наблюдений».
    484
  • 29/12/2020

    Дмитрий Седнев: «Наша школа играет роль интегратора»

    ​Директор Инженерной школы неразрушающего контроля и безопасности ТПУ Дмитрий Седнев поделился результатами, которых достиг коллектив школы в 2020 году, и рассказал о целях и задачах на будущий год.
    1257