Физики создали плазмонный графеновый чип

Схема нового устройства
Схема нового устройства

Физики из Массачусетского технологического института создали электронную схему, которая позволяет управлять плазмонными волнами с помощью комбинации графена и ферроэлектрических материалов. Эксперименты ученых показали принципиальную возможность создания вычислительных устройств с очень высокими рабочими частотами и при этом имеющих еще большую степень миниатюризации, чем современные компьютерные чипы. Детали приведены в статье Applied Physics Letters, а краткий пересказ можно найти на официальном сайте MIT.

Фундаментальный принцип работы устройства основан на использовании плазмонов: псевдочастиц, которыми физики описывают поведение плазмы. Под плазмой в контексте данной работы понимается не раскаленный ионизированный газ, а рассредоточенные в графене носители заряда, которые достаточно точно можно описать как совокупность заряженных частиц электронного газа. В этом электронном газе, в свою очередь, возникают колебания, которые несут определенную энергию. Энергия колебаний в полном соответствии с законами квантовой механики квантуется и именно квант таких колебаний называют плазмоном.

Плазмоны играют важную роль в физике твердого тела, так как позволяют, например, предсказать и рассчитать оптические свойства веществ. Но группу исследователей из MIT заинтересовало не это, а возможность управления плазмонами, то есть возможность направлять плазмонные волны в нужное место. Такое управление важно не только потому, что оно лишний раз подвергнет проверке теоретические модели, но еще и потому, что плазмонные волны могут иметь намного большую частоту, чем электромагнитные колебания в используемой сегодня электронной технике. Если типичный центральный процессор работает на частотах от сотен мегагерц до нескольких гигагерц, то плазмонные волны в опытах ученых показали принципиальную возможность достижения отметки в несколько терагерц, несколько тысяч гигагерц.

Как сообщают исследователи, они смогли управлять плазмонами за счет комбинации двух материалов, графена и ферроэлектриков. Графен представляет собой плоский лист толщиной в один атом углерода, а ферроэлектриками или сегнетоэлектриками называются вещества, способные электризовываться под действием электрического поля и сохранять заряд после того, как внешнее поле снято. Разместив графеновый лист между двумя пластинками ниобата лития физики смогли направить плазмонные волны в требуемом направлении после того, как сформировали из заряженных участков ферроэлектрика границы волновода.

Опыты показали, что между такими волноводами расстояние может быть не больше 20 нанометров и при этом плазмонные колебания не будут искажать друг друга. Исследователи считают, что их работа открывает путь хоть и не к промышленной реализации метода, то как минимум к продолжению экспериментов с графеном и ферроэлектриками. Одним из возможных приложений ученые называют оптоэлектронные устройства, в которых свет вызывает плазмонные колебания: предварительные оценки говорят в пользу того, что они будут намного более компактны, чем современные преобразователи такого рода. Кроме того, разработка может помочь в создании быстрых систем записи и считывания информации из ферроэлектрических запоминающих устройств: теоретически скорость работы может превысить текущие показатели в тысячи раз.

Обсудить
Наука и техника
 — 
13:52 21 февраля 2017
Александр Шестаков

«В развитии главное — масштаб цели»

Интервью с ректором ЮУрГУ Александром Шестаковым о науке, образовании и развитии
Мило ДжукановичИнтриги Черной Горы
Зачем Подгорица обвиняет Москву в попытке переворота
Виталий ЧуркинМаэстро дипломатии
Накануне своего дня рождения скончался постпред России при ООН Виталий Чуркин
Real estate magnate Donald Trump waves as he leaves a Greater Nashua Chamber of Commerce business expo at the Radisson Hotel in Nashua, New Hampshire, May 11, 2011. Trump suggested Wednesday it's not much fun flirting with the idea of running for president in the face of relentless attacks and ridicule. REUTERS/Don Himsel/Pool (UNITED STATES - Tags: POLITICS)Прощание с иллюзией
Почему Трамп не мог оправдать надежд на нормализацию отношений с Россией
Тест: Самые безумные ПДД
Трудный тест на знание правил дорожного движения разных стран
Как купить Жигули в Америке
Пять реальных объявлений о продаже «нашемарок» в США
10 заброшенных суперкаров
Вызывающие боль фотографии великолепных автомобилей
Вырви глаз
15 слишком эпатажных проектов известных тюнинг-ателье
Бог простит
В церкви нашли квартиру с красной мебелью и портретами в стиле поп-арт
Дворянское гнездо
Один из самых шикарных в мире домов нашли в диком лесу
«Пусть меня захоронят в отравленную, но родную землю»
Почему люди отказываются покидать чернобыльскую зону: реальные истории
Поставили баком
Англичане сделали идеальный дом из резервуара для воды