Ученые Университета ИТМО получили премию Алферовского фонда за применение фемтосекундных лазерных технологий и создания на их основе сверхбыстрых оптических наноустройств.

Новости науки и техники Комментариев к записи Ученые Университета ИТМО получили премию Алферовского фонда за применение фемтосекундных лазерных технологий и создания на их основе сверхбыстрых оптических наноустройств. нет

Старшие научные сотрудники кафедры нанофотоники и метаматериалов Университета ИТМО Сергей Макаров и Александр Краснок стали лауреатами премии Фонда поддержки образования и науки (Алферовский фонд) за работу «Нелинейные перестраиваемые полупроводниковые и гибридные наноантенны». Основным научным достижением авторов жюри признало разработку новой платформы фотонных устройств на основе диэлектрических наноантенн в оптическом диапазоне, а также применение фемтосекундных лазерных технологий для создания на их основе сверхбыстрых оптических наноустройств. О новых оптических модуляторах, работе недавно созданной лаборатории гибридной нанофотоники и оптоэлектроники и о том, какие еще задачи необходимо решить ученым на пути создания устройств будущего, мы поговорили с руководителем лаборатории, старшим научным сотрудником кафедры нанофотоники и метаматериалов Университета ИТМО Сергеем Макаровым.
Как нелинейная диэлектрическая и гибридная нанофотоника может изменить будущее электронных устройств
Все современные электронные устройства используют для работы электрические сигналы. В свою очередь, для передачи данных на большие расстояния используется оптическое волокно, в котором носителями информации являются световые импульсы. Для трансформации одних импульсов в другие используют разного рода детекторы и модуляторы. Однако существующие электронные модуляторы работают с ограниченными скоростями — тактовая частота современных процессоров, которая показывает нам, сколько процессор может произвести вычислений за единицу времени, измеряется единицами гигагерц. Перейти в область десятков, сотен гигагерц или даже терагерц может помочь создание оптических модуляторов на основе нелинейных перестраиваемых полупроводниковых и гибридных наноантенн, считают старшие научные сотрудники кафедры нанофотоники и метаматериалов Александр Краснок и Сергей Макаров.
Принцип действия такого сверхбыстрого оптического модулятора на основе одиночной кремниевой наночастицы, созданной и управляемой фемтосекундными лазерными импульсами, ученые Университета ИТМО продемонстрировали в цикле работ, посвященном нелинейным перестраиваемым полупроводниковым и гибридным наноантеннам. Сергей Макаров и Александр Краснок предложили концептуально новый принцип модуляции за счет перестройки диаграммы направленности рассеянного модулируемого лазерного импульса. Специалистам Университета ИТМО удалось добиться скорости работы оптического ключа в несколько пикосекунд, что соответствует скорости модуляции оптического сигнала на уровне 100-1000 ГГц. Глубина модуляции сигнала составила 20%. При этом предлагаемое устройство имеет размер менее 200 нанометров. Также авторы разработали маршрутизаторы сопоставимых размеров, позволяющие сверхбыстро поворачивать пучок света.
«Чтобы перейти в область десятков, сотен гигагерц и даже терагерц, нужны более быстрые процессы, более быстрая работа затворов. И, собственно, такими затворами, сверхбыстрыми модуляторами могут быть наноантенны, для которых мы подобрали специальную нелинейность, позволяющую модулировать сигнал довольно быстро. Если мы переложим на время скорость модуляции, которую мы показали, это несколько пикосекунд. То есть это в 100 раз быстрее, чем то, что есть на сегодняшний момент. И потенциально мы видим прогресс в применении этих устройств», — объясняет Сергей Макаров.
Совместная работа над циклом исследований в области диэлектрической нанофотоники началась два года назад — Александр Краснок, до этого занимавшийся исследованием субволновых диэлектрических антенн в микроволновом диапазоне, и Сергей Макаров, работавший в области взаимодействия фемтосекундных лазерных импульсов с наноструктурами, решили объединить подходы. За первые полгода ученые провели первое исследование и опубликовали работу по перестраиваемым наноантеннам из кремния. Исследование вызвало резонанс в СМИ и научной среде. Тогда ученые решили, что работу стоит продолжать, а позже им удалось экспериментально показать, что на основе таких перестраиваемых наноантенн можно создавать сверхбыстрые оптические модуляторы.
Разработкой уже заинтересовались такие компании, как Samsung. А в июне 2017 года с циклом работ, посвященных нелинейным перестраиваемым полупроводниковым и гибридным наноантеннам, Александр Краснок и Сергей Макаров стали лауреатами премии Фонда поддержки образования и науки (Алферовский фонд). Фонд был учрежден в 2001 году лауреатом Нобелевской премии академиком Жоресом Алферовым. Уже более 10 лет Алферовский фонд присуждает премию и золотую медаль за лучшую научно-исследовательскую работу в области естественных наук для молодых ученых до 33 лет.

«Разработки лауреатов открыли новое направление – “нелинейная диэлектрическая и гибридная нанофотоника”, которое является одной из наиболее перспективных платформ для разработки полностью оптических компьютеров, а также новых информационных технологий», — отмечается в сообщении, опубликованном на сайте Фонда.
Следующим шагом на пути к созданию сверхбыстрых оптических устройств станет решение инженерных задач, говорит Сергей Макаров.

«Еще предстоит решить, как это интегрировать в оптический чип, реализовать в “железе”. Тем не менее, с научной точки зрения на многие базовые вопросы мы нашли ответы. И особо приятно, что по нашим стопам идут другие научные коллективы. Специалисты продолжают тестировать разные материалы, разные подходы, чтобы развивать дальше эту идею», — уточняет старший научный сотрудник кафедры нанофотоники и метаматериалов Университета ИТМО.

Не только кремний: как перовскиты позволят создавать новые лазеры, светодиоды и солнечные батареи дешевле и эффективнее
Параллельно Сергей Макаров ведет работу в новой лаборатории гибридной нанофотоники и оптоэлектроники, созданной в рамках мегагранта, полученного Университетом ИТМО совместно с профессором Техасского университета в Далласе Анваром Захидовым. Здесь будет вестись создание оптоэлектронных устройств с качественно новой функциональностью. За основу международная команда возьмет гибридные перовскиты, а на выходе планирует получить улучшенные светодиоды (LED), новые лазеры (например, инжекционные гибкие лазеры и даже поляритонные лазеры), солнечные элементы и фотоприемники.

Еще в 2013 году журнал Science включил новые гибридные перовскиты в список прорывных технологий на правах перспективного элемента для солнечных батарей. Тогда же ученые обнаружили, что их КПД применительно к фотовольтаике и светодиодам практически сопоставим с традиционными лучшими полупроводниками, такими как, например, кремний или арсенид галлия. При этом технология их изготовления позволяет применять их на любых гибких основах — от листа бумаги или полимерной пленки до ткани.
И наконец, обладают гибридные перовскиты еще одним преимуществом: работать с ними гораздо дешевле, чем создавать дорогие устройства на основе кремния.

Источник: http://news.ifmo.ru/ru/university_live/achievements/news/6794/

Рекомендуем для Вас

Leave a comment

You must be logged in to post a comment.


© Интернет журнал "ЛАЗЕРНЫЙ МИР", 2019
Напишите нам:
laser.rf.mail@yandex.ru

Back to Top