Оптический транзистор превзойдёт по скорости работы компоненты на базе технологии CMOS

Исследователи из университета Пердью (США) продемонстрировали эффект «оптического транзистора» с модулированием светового потока в терагерцовом диапазоне, как это происходит в оптоволоконной связи. Команда учёных заявила, что так называемый «плазмонный оксидный материал» может использоваться для производства компонентов оптоволоконной связи, которые будут как минимум в 10 раз быстрее традиционных решений.

Новый оптический материал, выполненный из оксида цинка с примесями алюминия (AZO) и способный модулировать световой поток, показал успешную работу в ближней ИК области спектра. Важно то, что техпроцесс производства материала совместим с технологиями CMOS, а это означает открытые коммерческие перспективы для подобных компонентов.

Исследователи предложили реализовать производство оптических плазмонных модуляторов (транзисторов) на базе CMOS-совместимых материалов. Скорость переключения транзисторов ограничена тем, насколько быстро традиционные полупроводники, такие как кремний, завершают цикл поглощения света, возбуждают электроны, производят дырки с последующей рекомбинацией. Подобный цикл для новых плёнок AZO составляет 350 фс, что в 5000 раз быстрее в сравнении с данным показателем у кристаллического кремния. При этом расстояние, которое проходит свет, составляет лишь 100 мкм – приблизительно толщина листа бумаги.

Плёнки AZO обладают практически нулевым индексом преломления. Данный показатель обычно свойственен металлам и новым метаматериалам, в составе которых присутствуют элементы, которые позволяют достичь беспрецедентного управления световым потоком за счёт использования облака электронов, называемых поверхностными плазмонами. Импульсы лазера изменяют индекс преломления плёнок AZO, вызывая необходимые отражения. В данном процессе имеется потенциал для дальнейшего улучшения рабочих характеристик.