Создан высокоскоростной оптический транзистор, содержащий единственный крошечный нано-алмаз
В одном из своих последних исследований ученые из Института фотонных наук (Institute of Photonic Sciences, ICFO) продемонстрировали, что единственным крошечным кристаллом алмаза можно управлять как оптическим ключом, переключая его в состояние, в котором он пропускает или не пропускает проходящий через него луч света лазера. Такое поведение позволило превратить нано-алмаз в оптический транзистор, способный переключаться с невероятно высокой скоростью, но самое интересное заключается в том, что этот алмазный транзистор оказался работоспособным при нормальной температуре окружающей среды.
Стоит напомнить нашим читателям, что транзисторы являются полупроводниковыми приборами, которые способны усиливать и коммутировать электрические сигналы. Транзисторы являются ключевым компонентом практически всех современных электронных устройств, и постоянное улучшение их электрических и скоростных характеристик позволило получить высокие скорости обработки информации и огромную вычислительную мощность современных компьютерных систем.
Структура алмазного оптического транзистора
Однако, как всем хорошо известно, дальнейшее развитие традиционной электроники существенно затормозилось в последнее время из-за приближения разработанных технологий к ограничениям, накладываемым фундаментальными физическими законами. Поэтому ученые пристально смотрят на другие методы передачи и обработки информации, в частности на свет, фотоны которого более слабо воздействуют с окружающей средой, нежели электроны, что позволит получить более высокий уровень интеграции и реализовать операции с квантовой информацией.
Конечно, алмазный оптический транзистор, созданный учеными ICFO, является не первым созданным учеными оптическим транзистором, мы уже слышали об оптических транзисторах, управляемых единственными фотонами света, оптических транзисторах на основе одной молекулы и о других подобных разработках. Но главным недостатком оптических транзисторов предыдущего поколения является то, что они все работают только при крайне низких температурах, близких к абсолютному нулю, что существенно сужает область их практического применения.
Алмазный нанокристалл, являющийся основой оптического транзистора, изготовлен не из чистого алмаза. В структуру кристаллической решетки алмаза искусственно введена примесь из атомов азота. Благодаря этой примеси алмазный кристалл очень маленьких размеров демонстрирует поведение, присущее одному единственному огромному атому, свойства которого являются устойчивыми и при комнатной температуре. И благодаря именно примесям азота ученым удалось реализовать физический механизм, который позволяет управлять взаимодействием алмазного кристалла с проходящим сквозь него светом.
Характеристики оптического транзистора
К сожалению, принципы работы алмазного оптического транзистора достаточно сложны. Атомы азота, заключенные в кристалле алмаза постоянно поддерживаются в возбужденном энергетическом состоянии с помощью света зеленого лазера. Переключателем оптической проводимости алмазного кристалла является свет дополнительного инфракрасного лазера, который можно модулировать с достаточно высокой частотой, которая при проведении экспериментов достигала десятков мегагерц, заставляя транзистор переключаться с такой же частотой.
Несмотря на такую сложность в управлении оптическим транзистором, все это легко поддается миниатюризации, а самое главное заключается в том, что алмазный транзистор способен работать при нормальной температуре окружающей среды. Все это уже позволяет рассматривать новый алмазный оптический транзистор в качестве главного кандидата на использование в оптических схемах высокой степени интеграции для области квантовых коммуникаций и квантовой обработки информации.
