Исследователи из Гарвардского университета создали световой транзистор на основе полупроводниковых нанопроволок.

Скорость электрических транзисторов ограничена скоростью протекания электрического заряда через него. Теоретически, замена электронов фотонами, передвигающимися со значительно более высокой скоростью, должно позволить создавать более быстрые элементы. Однако, в действительности задача отыскания оптического эквивалента транзистора оказалась чрезвычайно сложной.

До сих пор оптические транзисторы, в которых один луч света управляет состоянием другого, требовали больших интенсивностей света для переключения, что приводило к недопустимо высоким затратам энергии для их работы. Однако недавно учёным из Гарварда удалось придумать метод, позволяющий переключать состояние светового луча с помощью всего одного фотона.

Основные трудности в создании оптических транзисторов заключаются в том, что в отличие от электронов, световые лучи обычно не взаимодействуют друг с другом. Одним из возможных способов заставить их взаимодействовать является использование поверхностных плазмонов – электронных «волн», образующихся на границе между металлом и диэлектрической средой при освещении. Форма плазмона изменяется в зависимости от интенсивности падающего света, что в свою очередь влияет на интенсивность света, излучаемого плазмоном.

В прошлом году учёным из Королевского Университета в Белфасте (Великобритания) удалось создать компонент оптического компьютера, использующий этот эффект. Поверхностные плазмоны создавались на золотой плёнке с полимерным покрытием. Однако для работы устройства требовалась слишком высокая интенсивность контрольного луча, переключающего состояние сигнального луча, что приводило к слишком высокому потреблению энергии.

Идея Гарвардских учёных заключается в использовании полупроводниковой нанопроволоки подобно миниатюрному оптическому волноводу, вдоль которого и направляются оба луча. Поскольку из-за пространственных ограничений плазмон локализован в меньшей области пространства, чем в случае золотой плёнки, он должен быть более чувствителен к изменению интенсивности контрольного луча. Согласно авторам работы, в теории возможно достигнуть переключения состояния сигнального луча всего одним фотоном. В настоящее время учёные заняты проверкой этого предположения.

Василий Артюхов