Сверхбыстрые световые переключатели для быстрого оптического управления используют атомарно тонкие полупроводники
В поисках материала, отражательные свойства которого можно было бы изменять или "переключать" в течение нескольких фемтосекунд с помощью сильно сфокусированного лазерного луча, учёные использовали сверхтонкую серебряную "матрицу нанощелей", на поверхности которой выточили сетку параллельных канавок шириной и глубиной приблизительно 45 нанометров. Затем нанесли на поверхность этой структуры монослой полупроводникового кристалла дисульфида вольфрама толщиной всего в три атома. Таким образом была получена наноструктура, состоящая из серебра и атомарно тонкого полупроводникового слоя, которую можно превратить в сверхбыстрое переключающее зеркальное устройство, что может функционировать как оптический транзистор со скоростью переключения примерно в 10 000 раз выше, чем у электронного аналога. Работа была опубликована в журнале Nature Nanotechnology.
Фото. Мориц Гиттингер (слева) и Даниэль Тиммер стоят перед экспериментальной площадкой, на которой основано исследование. Фото: Университет Ольденбурга / Маркус Виндус
Свет, падающий на поверхность наноструктуры, прежде чем он отразится, может сохраняться в гибридном квантовом состоянии, известном как экситон-плазмонный поляритон, в течение примерно 70 фемтосекунд. В этом состоянии, проявляющем свойства как света, так и материи, свет распространяется по поверхности полупроводникового слоя в виде плазмонных волн, вызывая сильное взаимодействие со связанными электронно-дырочными парами полупроводникового слоя — экситонами. В ходе этой фазы хранения учёным удалось контролировать отражательную способность этого слоя. Эксперименты велись с помощью электронной спектроскопии.
С точки зрения физики, оптические технологии являются единственным способом дальнейшего увеличения тактовой частоты обычных компьютеров. Сверхбыстрые световые переключатели на наноразмерном уровне также могут открыть интересные возможности для производства микросхем, оптических датчиков или квантовых компьютеров.
