Жидкий выключатель света

15Августа2016

Автор: Становой Сергей

Современная электроника в своей первозданной чисто электронной форме приблизилась к тому моменту, когда физические свойства используемых материалов для производства электронных компонентов препятствуют дальнейшему уменьшению их размера и увеличению быстродействия. Выход из этой ситуации найден – объединение электроники с оптикой. И теперь практически все разработки ведутся именно в этой области.

Так ученые из Университета Кембриджа, используя формулу жидкого света, создали полупроводниковый переключатель, способный коммутировать не только поток электронов, но и фотонов. Причем не раздельно, а одновременно и вместе.

До этого большинство разработок сводилось к созданию каких-нибудь преобразователей света в электричество и в обратном направлении, чтобы оптические и электронные сигналы спокойно «уживались» в одной микросхеме. Но исследователи из Кембриджа считают, что такой подход неэффективен. Вместо того чтобы пытаться создавать всевозможные преобразователи и думать, как их минимизировать, чтобы все поместилось на одном кристалле, нужно разрабатывать электронные компоненты, которые смогут работать с обоими типами сигнала. И их жидкий выключатель света можно считать первым из подобных электронных компонентов.

Чтобы создать свой жидкий выключатель ученые использовали новое состояние вещества, в котором находятся частицы, охлажденные до очень низкой температуры. Это состояние ученые называют конденсат Поляритрон Бозе-Эйнштейна. Благодаря ему удалось в одном микроскопическом элементе объединить вместе оптику и электронику и при этом расходовать минимальное количество энергии.

Лазерный луч в устройстве сначала захватывается в микрорезонансной камере размером в несколько микрон, в которой находятся такие же микроскопические зеркала. Здесь свет в буквальном смысле этого слова «смешивается» с электричеством. Как это происходит? Фотоны взаимодействуют с тонкими слоями полупроводникового материала, влияя на содержащиеся в них заряженные частицы. В результате этого взаимодействия появляются частицы – поляритроны, которые имеют свойства электронов и фотонов.

Если количество поляритронов в ограниченном пространстве (резонансной камере) возрастает до определенного предела, происходит их группирование. А при сталкивании этого потока с холодной поверхностью, они конденсируются на ней подобно водяному пару. Вот так и получается жидкий свет.

Теперь на жидкий свет можно воздействовать при помощи электрического поля, заставляя его переключаться из одного состояния в другое (подобие двоичной цифровой логики). Причем потенциальное быстродействие новых компонентов намного выше, чем их чисто электронных аналогов, к чему собственно и стремятся все разработчики.

Источник информации: Кембриджский университет (www.cam.ac.uk)