Специалисты Caltech придумали, как сфокусировать свет в луч диаметром несколько нанометров

Специалисты Калифорнийского технологического института (California Institute of Technology, Caltech) создали прибор, фокусирующий свет в луч диаметром всего несколько нанометров. По мнению исследователей, эта разработка может привести к появлению нового поколения элементной базы для вычислительной техники, коммуникационного оборудования и средств работы с изображениями.

Свет позволяет передавать большее количество информации с большей эффективностью, чем электрический ток, передаваемый по медным проводникам, потому в линиях связи сегодня широко используются оптические технологии. Однако их использованию внутри компьютеров и других электронных устройств препятствует сложность микроминиатюризации. В частности, до сих пор не удавалось сформировать свет в пучки диаметра, сопоставимого с размерами проводников в электронных микросхемах. Как только размеры компонентов становятся меньше длины волны (несколько сотен нанометров в случае видимого света), сказывается дифракционный предел, физически препятствующий дальнейшей фокусировке.

Специалисты Caltech смогли обойти проблему, создав новый вид волновода, напоминающий туннель, по которому распространяется свет. Прибор, описанный в свежем номере журнала Nature Photonics, изготовлен из аморфного диоксида кремния и покрыт тонким слоем золота. Размеры прибора видны на нижней иллюстрации.

Когда свет проходит по волноводу, фотоны взаимодействуют с электронами на границе двух сред. Электроны начинают колебаться и колебания распространяются вдоль прибора в форме волн. Поскольку параметры колебаний прямо связаны с параметрами светового излечения, они могут переносить ту же самую информацию.

Другими словами, вместо того, чтобы фокусировать свет (что невозможно из-за дифракционного предела), прибор «фокусирует» колебания электронов, которые известны под названием поверхностных плазмонных поляритонов (surface plasmon polaritons, SPP). Колебания SPP передаются по волноводу и фокусируются по мере перемещения к заостренному концу прибора.

В отличие от прежних попыток сфокусировать луч света до таких размеров, новый прибор характеризуется гораздо более высокой эффективностью — около 50%. Если же размеры волновода увеличить до 14 х 80 нм, то эффективность повышается до 70%.

Важным достоинством разработки является то, что прибор изготавливается с применением существующих технологий полупроводникового производства, так что его легко интегрировать в современные микросхемы.

В числе потенциальных применений разработки ученые называют более эффективную и емкую память, микросхемы для оборудования связи и датчики.

Источник: Caltech ^[1]