Группа Оцу последние десять лет занималась исследованиями в области нанофотоники. Это раздел оптики наномасштаба, в котором исследуются нанополя с небольшим количеством фотонов и поведение света в таких условиях. Высокоскоростные энергоэффективные приборы нанофотоники, которые обладают существенно более низким уровнем шума по сравнению с современными приборами, могут совершить революцию в телекоммуникационной индустрии.

По оценкам ученых, скорость передачи данных в волоконно-оптических системах передачи достигнет 400 Tb/s к 2015 году. Для этого размеры фотонных приборов надо уменьшить до ста нанометров и использовать сверхмаленькие источники питания. Но уменьшение размеров фотонных приборов ограничивает дифракционный предел света (открытый в 1873 году Эрнстом Аббе, это минимально возможный размер светового пятна, которое можно получить, фокусируя электромагнитное излучение заданной длины волны). Для того чтобы преодолеть это ограничение, Оцу с коллегами разработал новую квантово-механическую теорию оптического поля в ближней зоне, которая описывает локальные электромагнитные взаимодействия между оптическим полем в ближней зоне и наноматериалами в наносистемах.

Основа нашей концепции и ее оригинальность, подчеркивает Оцу, в использовании оптических полей в ближней зоне для управления переносом энергии оптических полей в ближней зоне между резонансными энергетическими уровнями квантовых точек. Ученые разработали методы производства приборов, а также способы управления атомами, в том числе, смещение атомов и одноатомные ловушки, которые используют оптические поля в ближней зоне.

Обычная фотолитография позволяет изготавливать приборы размером в сотни нанометров с использованием источников мощного ультрафиолетового излучения, но в целом такие системы стоят более десяти миллионов долларов. Японские ученые ставили перед собой задачу разработать новые недорогие методы для массового производства и работы приборов нанофотоники, рынок которых будет оцениваться в девяносто миллиардов долларов США к 2015 году. На основе проделанной работы группа Оцу создает прототипы новых приборов. Выработка тепла во время работы таких приборов очень мала, поэтому их можно использовать не только для оптической связи, но и в качестве микропроцессоров в будущих компьютерах. Они найдут применение в устройствах памяти с высокой плотностью записи и дисплеях с высоким разрешением. Литография полей в ближней зоне, по предположениям японских исследователей, станет к 2015 году ключевой технологией и заменит дорогостоящую фотолитографию.

Ольга Баклицкая