Створено швидкісний оптичний транзистор, що містить єдиний крихітний нано-алмаз
В одному зі своїх останніх досліджень вчені з Інституту фотонних наук (Institute of Photonic Sciences, ICFO) продемонстрували, що єдиним крихітним кристалом алмаза можна управляти як оптичним ключем, перемикаючи його в стан, в якому він пропускає або не пропускає проходить через нього промінь світла лазера. Така поведінка дозволило перетворити нано-алмаз в оптичний транзистор, здатний перемикатися з неймовірно високою швидкістю, але найцікавіше полягає в тому, що цей алмазний транзистор виявився працездатним при нормальній температурі навколишнього середовища.
Варто нагадати нашим читачам, що транзистори є напівпровідниковими приладами, які здатні посилювати і комутувати електричні сигнали. Транзистори є ключовим компонентом практично всіх сучасних електронних пристроїв, і постійне поліпшення їх електричних і швидкісних характеристик дозволило отримати високі швидкості обробки інформації і величезну обчислювальну потужність сучасних комп'ютерних систем.
Однак, як усім добре відомо, подальший розвиток традиційної електроніки суттєво загальмувалося останнім часом через наближення розроблених технологій до обмежень, накладається фундаментальними фізичними законами. Тому вчені пильно дивляться на інші методи передачі та обробки інформації, зокрема на світло, фотони якого слабо впливають з навколишнім середовищем, ніж електрони, що дозволить отримати більш високий рівень інтеграції і реалізувати операції з квантової інформацією.
Звичайно, алмазний оптичний транзистор, створений вченими ICFO, є не першим створеним вченими оптичним транзистором, ми вже чули про оптичних транзисторах, керованих єдиними фотонами світла, оптичних транзисторах на основі однієї молекули і про інших подібних розробках. Але головним недоліком оптичних транзисторів попереднього покоління є те, що вони всі працюють тільки при дуже низьких температурах, близьких до абсолютного нуля, що істотно звужує сферу їх практичного застосування.
Алмазний нанокристал, що є основою оптичного транзистора, виготовлений не з чистого алмазу. В структуру кристалічної гратки алмазу штучно введена домішка з атомів азоту. Завдяки цій домішки алмазний кристал дуже маленьких розмірів демонструє поведінку, притаманне одному єдиному величезному атому, властивості якого є стійкими і при кімнатній температурі. І завдяки саме домішок азоту вченим вдалося реалізувати фізичний механізм, який дозволяє управляти взаємодією алмазного кристала з проходять крізь нього світлом.
На жаль, принципи роботи алмазного оптичного транзистора досить складні. Атоми азоту, укладені в кристалі алмазу постійно підтримуються у збудженому енергетичному стані з допомогою світла зеленого лазера. Перемикачем оптичної провідності алмазного кристала є світло додаткового інфрачервоного лазера, який можна модулювати з досить високою частотою, яка при проведенні експериментів сягала десятків мегагерц, змушуючи транзистор перемикатися з такою ж частотою.
Незважаючи на таку складність в управлінні оптичним транзистором, все це легко піддається мініатюризації, а найголовніше полягає в тому, що алмазний транзистор здатний працювати при нормальній температурі навколишнього середовища. Все це дозволяє розглядати новий алмазний оптичний транзистор в якості головного кандидата на використання в оптичних схемах високого ступеня інтеграції для області квантових комунікацій і квантової обробки інформації.