Лазерный мир

Ученые Нижегородского государственного университета им. Н. И. Лобачевского (ННГУ) разработали теорию преобразования световых волн в графене, который считается перспективным материалом для создания новых быстродействующих фотонных интегральных схем (ФИС), используемых в микроэлектронике и наноэлектронике.

Об этом сообщила пресс-служба Министерства науки и высшего образования РФ, при поддержке которого проводилось исследование.

ФИС по сравнению с традиционными электронными интегральными схемами более энергоэффективны и имеют более высокую скорость работы. Главной трудностью при создании ФИС является необходимость расположить на микрочипе различные устройства, которые требуют разных материалов. Ученые во всем мире ведут поиск новых материалов, которые позволят повысить быстродействие ФИС. Перспективными, в частности, считаются микроволноводы (каналы для распространения световых волн) на основе графена (слоя атомов углерода толщиной в один атом).

«Сотрудниками кафедры общей физики радиофизического факультета ННГУ разработана теория преобразования световых волн, распространяющихся по поверхности графена при изменении во времени концентрации электронов в графене. В отличие от предшествующих работ точно учтено взаимодействие электронов со световым полем. Одним из результатов исследования стало опровержение предсказанной ранее возможности усиления световых волн за счет изменения концентрации электронов», – говорится в сообщении.

Ранее в 2018 году были сделаны две попытки – группами ученых из США и Бельгии – теоретического описания преобразования световых волн на поверхности графена. Обе работы, как доказали ученые ННГУ, опирались на неверное предположение о поведении магнитного поля световой волны при скачке концентрации электронов в графене. В результате, они предсказали эффект усиления света (роста энергии световой волны), тогда как, согласно теории ученых ННГУ, такого эффекта нет (энергия волны всегда уменьшается). В практическом плане это значит, что нельзя рассчитывать на усиление световых волн при изменении концентрации электронов в графене, нужны другие способы усиления.

«Наше исследование направлено на разработку физических принципов сверхбыстрого управления фотонами в интегральных микрочипах, иными словами, на улучшение быстродействия микросхем и микрочипов, используемых в микроэлектронике и наноэлектронике», – сказал доцент кафедры общей физики ННГУ Алексей Маслов, слова которого приводятся в сообщении.

На основе теории ученых ННГУ в дальнейшем могут быть разработаны такие элементы ФИС, как сверхбыстрые модуляторы света.

О фотонных интегральных схемах

Фотонная интегральная схема (ФИС) – устройство, которое содержит множество оптически связанных между собой компонентов (волноводных соединений, делителей мощности, усилителей, модуляторов, лазеров и детекторов). Они изготовлены на одной подложке и совместно выполняют разнообразные функции обработки оптических сигналов.

Основными материалами существующих ФИС являются полупроводники (фосфат индия, арсенид галлия, кремний), электрооптические кристаллы (ниобат лития), а также различные стекла.

ФИС имеют самое широкое применение, при этом ключевой областью их использования являются оптические сети и системы связи.

Источник: http://www.nanonewsnet.ru/news/2019/uchenye-razrabotali-teoriyu-primeneniya-grafena-dlya-uskoreniya-fotonnykh-integralnykh-skh