A Grazi Műszaki Egyetem, a HUN-REN Wigner Fizikai Kutatóközpont és az ELI Lézeres Kutatóintézet munkatársainak együttműködésével létrehozták azt a nanooptikai elven működő hullámvezetőt, ami a hasonló berendezések eddigi korlátait meghaladva új módot biztosít a fény alapú jeltovábbításra. Az eszköz különlegessége, hogy segítségével lehetséges ötvözni a hatékony működéshez szükséges két alapvető jellemzőt: a gyorsaságot a miniatürizálhatósággal, azaz egy olyan berendezést képvisel, ami a legkisebb, nanométeres mérettartományba esik, de a működési sebessége a terahertzet is meghaladó kapcsolási sebességet tesz lehetővé.

"Az eszköz működésének lényege, hogy egy nanométeres mérettartományba eső fémstruktúrában az ultrarövid lézerfelvillanásokkal történő megvilágítása esetében a fém elektronjai a fény elektromágneses terének megfelelő gyorsaságú rezgésre kényszeríthetőek.

Ez a rezgés azután a fémfelület mentén hullámként tud tovább terjedni, éppen úgy, mint a vízhullámok egy tavon." - magyarázza a Wigner Fizikai Kutatóközpont.

A plazmonikus hullámvezető a Nano Lettersben megjelent tanulmány leírása szerint egy rombikus aranystruktúra, aminek közepében öt vájatot alakítottak ki. A vájatok száma meghatározó szerepet játszik a spektrális lefedettség és a hatékonyság szempontjából is. A kutatók a 80 μm-es hullámvezetőt egy szilíciumalapon helyezték el és a struktúra működését 7,6 femtoszekundumos lézerpulzusokkal tették próbára. A mérések során nyomon követték a fázisevolúciót a plazmonikus hullámcsomagok terjedése során. Az eredmények arra utalnak, hogy az eszközben az eddigi legrövidebb plazmonhullámot sikerült létrehozni, vagyis rekord rövid felületi plazmon polariton (SPP) hullámcsomagot mutattak ki. A felületi plazmon "egy fém vezetési elektronjainak felület mentén kialakuló töltéssűrűség-oszcillációja, illetve az ezen oszcillációhoz kapcsolódó, a fém felületére merőlegesen exponenciálisan lecsengő elektromágneses tér" - Márton Istvánnak, a HUN-REN Atomki (Atommagkutató Intézet) fizikusának leírása szerint.

A hullámvezető megalkotása és a rendkívül rövid plazmonhullám megfigyelése nagy lépésnek számít a fényalapú áramkörök fejlesztésében és a kísérlet elősegíti a miniatürizált optoelektronikai eszközökre alapozott információtovábbítás technológiájának fejlődését. Ahogy azt Dombi Péter fizikus, a kutatás magyarországi vezetője elmondta:

"Ez egy nagy előrelépés az ultragyors nanooptikai áramköri elemek fejlesztésében, ugyanis a fémfelületen terjedő jel megőrizte a 10 fs alatti időbeli hosszat, ami 0,1 Petahertz körüli kapcsolási gyorsaságot tesz lehetővé.

A plazmonikai elvnek köszönhetően az átvitt optikai jel pedig akár nanométeres mérettartományokba is koncentrálható."

A fényalapú eszközök használata a számítástechnika területén ígéretes irányt jelent, mivel ezzel a módszerrel többszörösére gyorsítható az áramkörök, chipek munkavégzésének sebessége. Azonban egyes hagyományos fotonikai eszközöket, például az optikai szálakat, nem lehet akármilyen mértékben miniatürizálni, a fényelhajlás miatt nem lehet tetszőlegesen kis méretű fotonikai alkatrészeket gyártani belőlük. Erre nyújtanak megoldást a nanooptikai eszközök, amelyek a jövőben a jelenleginél sokkal gyorsabb információfeldolgozást tesznek majd lehetővé.

(Fotó: Nano Lett. 2024, 24, 8, 2637-2642, Xuanyu Han/Getty Images)

Fénysebességgel zajló számítás fotonikus chippel A szilícium-fotonikus chip fénnyel működik elektromosság helyett és az MI rendszerek fejlesztésében kap szerepet.