Acest lucru a fost afirmat de o echipă formată din nouă membri, condusă de Richard Haglund de la Universitatea Vanderbilt din Nashville (Tennessee, SUA). Primul autor al articolului a fost colegul său doctorand, Kannatassen Appavoo.

dioxid vanadiu

De un trilion de ori pe secundă

Dispozitivele noi gestionează trilioane de pornire și oprire pe secundă. Se compune din mai multe comutatoare cu un diametru de doar aproximativ o cincime din grosimea unui fir de păr uman. Aceasta corespunde la 200 nanometri (miliardimi de metru).

Sunt mult mai mici decât generația actuală de comutatoare optice. Astfel, ei depășesc un obstacol tehnic major în calea extinderii dispozitivelor de captare și control a luminii. Necesită o miniaturizare suplimentară a comutatoarelor optice ultra-rapide.

Abrevierea metamaterială

Calea către noul comutator ultrarapid a fost scurtată de un material artificial, ale cărui proprietăți au fost modificate de către oamenii de știință, astfel încât să nu aibă o paralelă naturală. Deci metamaterialul.

În acest caz, este format din nanoparticule de dioxid de vanadiu. Este un solid cristalin care poate trece rapid de la o fază metalică opacă la o fază semiconductoare transparentă și înapoi. Nanoparticulele de dioxid de vanadiu sunt depuse pe un substrat de sticlă și acoperite cu un fel de „nanodetwork” de nanoparticule de aur.

Electronii săriți

Iradierea nanopulberii de aur cu impulsuri scurte ale unui laser ultrarapid determină scurgeri foarte rapide de electroni „fierbinți” în dioxidul de vanadiu. Acestea declanșează schimbarea de fază menționată a dioxidului de vanadiu, care durează câteva trilioane de secundă.

„În trecut, am declanșat această tranziție în oxidul de vanadiu direct cu lasere, așa că am vrut să vedem dacă o putem face și cu electroni. Ei bine, nu numai că funcționează, dar injecția de electroni „fierbinți” din nanoparticulele de aur declanșează o conversie corespunzătoare, cu doar o cincime până la o zecime din necesarul de energie pentru energia necesară pentru iluminarea laserului cu dioxid de vanadiu direct ”, a spus Richard Haglund.

Muzica optică a viitorului

Toate companiile mari din domeniu lucrează din greu pentru a integra optica cu electronica. Cu toate acestea, cipurile optice convenționale funcționează de o mie de ori mai lent decât noul comutator cu dioxid de vanadiu.

Richard Haglund a reamintit că un astfel de comutator are, pe lângă viteză și dimensiuni reduse, o serie de alte caracteristici optoelectronice ideale.

În primul rând, acestea sunt compatibile cu tehnologia circuitelor integrate de astăzi. Convențional pe bază de siliciu sau silice și nou dezvoltat pe bază de materiale cu o valoare ridicată a constantei dielectrice.

În al doilea rând, funcționează atât în ​​regiunile vizibile, cât și în cele din infraroșu apropiat ale luminii. Acest lucru este optim pentru diverse utilizări în telecomunicații.

Și, în sfârșit, în al treilea rând, pe unitate de activitate produc foarte puțină căldură, aproximativ 10 trilioane de calorii pe bit. Aceasta înseamnă că întrerupătoarele individuale pot fi împinse foarte dens împreună.

„Proprietățile uimitoare ale dioxidului de vanadiu sunt cunoscute de mai bine de jumătate de secol. În laboratorul nostru, cercetăm nanoparticulele de dioxid de vanadiu în ultimii zece ani. Cu toate acestea, acest material a rezistat cu succes cu explicații teoretice. Fizica de bază a tranzițiilor metal-semiconductor menționate a fost iluminată numai prin analize intensive computerizate efectuate în ultimii ani ", a concluzionat Richard Haglund.

Echipa sa a publicat concluziile în revista Nano Letters.