Группа российских и американских ученых из Санкт-Петербургского национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики (ИТМО), Московского физико-технического института (МФТИ) и Техасского университета в Остине разработала новую технологию, позволяющую управлять направлением распространения света, не затрагивая основных параметров этого света. Ключевым моментом этой технологии является крошечная наноантенна, которая в будущем может стать одним из стандартных блоков оптических компьютеров или коммуникационных систем.

В основе принципов оптических вычислений лежит замена электронов фотонами света, которые становятся носителями информации. Однако, управлять движением фотонов намного тяжелее, чем движением электронов, ведь у первых не имеется ни электрического заряда, ни массы покоя. А для реализации полноценных технологий оптических вычислений для управления потоками фотонов потребуются полные аналоги электронных компонентов, таких, как транзисторы, диоды и т.п.

Управлять распространением лучей света можно при помощи традиционных волноводов, но новая наноантенна работает совершенно иным способом. Вместо искривления траектории движения фотонов она отражает падающие на нее фотоны строго в определенном направлении, которое определяется материалом и формой этой антенны. Антенна представляет собой кусочек кремния определенной формы, размером 200 на 200 и на 500 нанометров. Ее основной особенностью является то, что угол отражения ею света зависит от интенсивности падающего на нее луча.

«Все это позволит нам управлять направлением распространения света намного более простым способом, чем это позволяют делать любые другие методы, основанные на использовании магнитных, электрических полей и электронного управления» – рассказывает Сергей Макаров, старший научный сотрудник института ИТМО.

Наноантенна отражает свет при помощи поверхностных плазмонов, облаков свободных электронов, возникающих на поверхности некоторых материалов под воздействием падающего на них света. Интенсивность падающего света определяет размеры и плотность облаков электронов и в результате этого антенна способна отражать свет на определенный угол, лежащий в пределах 20 угловых градусов. Помимо этого, для увеличения эффективности отклонения луча света, плазмоны должны резонировать с определенной частотой, соответствующей частоте падающего света. Это, в свою очередь, достигается путем изменения размеров наноантенны на этапе ее производства.

Согласно имеющейся информации, новая наноантенна может стать основой устройства, способного обеспечить передачу данных со скоростью 250 гигабит в секунду. Таким образом, устройства на базе таких антенн могут стать промежуточным звеном между оптическими системами, которые позволяют передавать данные по кабелям со скоростью в сотни гигабит в секунду, и электронными элементами вычислительных систем, которые могут принимать и обрабатывать гораздо меньшие потоки данных.