p Físicos do Departamento de Nanofotônica e Metamateriais da Universidade ITMO demonstraram experimentalmente a viabilidade de projetar um análogo óptico de um transistor baseado em uma única nanopartícula de silício. Como os transistores são alguns dos componentes mais fundamentais dos circuitos de computação, os resultados do estudo têm importância crucial para o desenvolvimento de computadores ópticos, onde os transistores devem ser muito pequenos e ultrarrápidos ao mesmo tempo. O estudo foi publicado em revista científica Nano Letras . p O desempenho dos computadores modernos, que usam elétrons como portadores de sinal, é amplamente limitado pelo tempo necessário para acionar o transistor - geralmente em torno de 0,1 a um nanossegundo (1 / 1.000.000.000 de segundo). Computadores ópticos de última geração, Contudo, dependem de fótons para transportar o sinal útil, o que aumenta muito a quantidade de informação que passa pelo transistor por segundo. Por esta razão, a criação de um transistor totalmente óptico ultrarrápido e compacto é considerada instrumental no desenvolvimento da computação óptica. Tal nanodispositivo permitiria aos cientistas controlar a propagação de um feixe de sinal óptico por meio de um feixe de controle externo dentro de vários picossegundos.

p No estudo, um grupo de cientistas russos da Universidade ITMO, O Instituto de Física Lebedev e a Universidade Acadêmica de São Petersburgo adotaram uma abordagem completamente nova para projetar esses transistores ópticos, ter feito um protótipo usando apenas uma nanopartícula de silício.

p Os cientistas descobriram que podiam mudar drasticamente as propriedades de uma nanopartícula de silício irradiando-a com um pulso de laser intenso e ultracurto. O laser, portanto, atua como um feixe de controle, fornecendo fotoexcitação ultrarrápida de plasma denso e de rápida recombinação de buraco de elétron, cuja presença altera a permissividade dielétrica do silício por alguns picossegundos. Essa mudança abrupta nas propriedades ópticas da nanopartícula abre a possibilidade de controlar a direção em que a luz incidente é espalhada. Por exemplo, a direção do espalhamento das nanopartículas pode ser alterada de trás para frente na escala de tempo de picossegundos, dependendo da intensidade do pulso de laser de controle incidente. Este conceito de comutação ultrarrápida é muito promissor para o projeto de transistores totalmente ópticos.

p "Geralmente, pesquisadores neste campo estão focados em projetar transistores totalmente ópticos em nanoescala por meio do controle da absorção de nanopartículas, que, em essência, é totalmente lógico. No modo de alta absorção, o sinal de luz é absorvido pela nanopartícula e não pode passar, enquanto fora desse modo, a luz pode se propagar além da nanopartícula. Contudo, este método não produziu nenhum resultado decisivo, "explica Sergey Makarov, autor principal do estudo e pesquisador sênior do Departamento de Nanofotônica e Metamateriais. "Nossa ideia é diferente no sentido de que não controlamos as propriedades de absorção da nanopartícula, mas sim seu diagrama de dispersão. Digamos que a nanopartícula normalmente espalhe quase toda a luz incidente na direção inversa, mas uma vez que o irradiamos por um pulso de controle, ele se reconfigura e começa a espalhar a luz para a frente. "

p A escolha do silício como material para o transistor óptico não foi acidental. A criação de um transistor óptico requer o uso de materiais baratos apropriados para produção em massa e capazes de alterar suas propriedades ópticas em vários picossegundos (no regime de plasma denso de elétron-buraco) sem ficar superaquecido ao mesmo tempo.

p "O tempo que levamos para desativar nossas nanopartículas é de apenas alguns picossegundos, enquanto para ativá-lo, não precisamos de mais do que dezenas de femtossegundos. Agora já temos dados experimentais que indicam claramente que uma única nanopartícula de silício pode de fato desempenhar o papel de um transistor totalmente óptico. Atualmente, estamos planejando realizar novos experimentos, Onde, junto com um feixe de controle de laser, vamos apresentar um feixe de sinal útil ", conclui Pavel Belov, co-autor do artigo e chefe do Departamento de Nanofotônica e Metamateriais.