Denkt u dat uw computer snel genoeg is? Denk nog eens na. De computers van de toekomst zouden bijna met de snelheid van het licht kunnen werken! Nanofotonica, de studie van licht op nanometerschaal, zou de snelheid van onze technologie inderdaad naar een heel ander niveau kunnen brengen. Het Center for Integrated Nanostructure Physics (CINAP) binnen het Institute for Basic Science (IBS) heeft drie belangrijke componenten ontwikkeld voor een circuit dat werkt met licht. Gepubliceerd in Natuurcommunicatie , deze apparaten combineren de voordelen van fotonica en elektronica op hetzelfde platform.

Terwijl we langzaamaan het eindpunt van de wet van Moore naderen:een toestand waarin we de dimensie van onze transistors fysiek niet veel verder kunnen verkleinen; de toekomst van de verwerking van big data vereist krachtige computers met een hogere snelheid. Onderzoekers denken dat als we computers bouwen die informatie door licht verwerken, in plaats van elektronen, computer zal sneller kunnen werken. Echter, op nanometer-afmetingen, de golflengte van licht is groter dan de diameter van de siliciumvezel en om deze reden kan er wat licht verloren gaan. Een oplossing om de verspreiding van licht in materie te beheersen, kan afkomstig zijn van oppervlakteplasmonen. Dit zijn elektromagnetische golven die zich voortplanten langs het oppervlak van sommige geleidende materialen zoals zilver, goud, aluminium en koper. Met behulp van oppervlakteplasmonen, optische informatie kan bijna met de snelheid van het licht en in uiterst kleine volumes worden verzonden.

Met behulp van oppervlakteplasmonen in zilveren nanodraden en 2D-halfgeleiders zoals molybdeendisulfide (MoS2), IBS-wetenschappers hebben drie belangrijke componenten voor optische communicatie gebouwd:optische transistors, optische multiplexers en optische signaaldetectoren.

Deze apparaten werken dankzij een fenomeen dat plasmon-exciton-plasmon-interconversie wordt genoemd.

IBS-wetenschappers construeerden de optische transistor door de zilveren nanodraad met elkaar te verbinden aan een vlok MoS2. Licht dat op het apparaat schijnt, wordt omgezet in oppervlakteplasmon, dan te exciteren, terug naar het oppervlakteplasmon en uiteindelijk uitgezonden als licht met een kortere golflengte in vergelijking met de initiële input. Bijvoorbeeld, als het ingangslampje groen is, het uitgangslampje kan rood zijn.

Golflengtemultiplexapparaten werden op een vergelijkbare manier gerealiseerd, maar in plaats van slechts een vlok MoS2 te hebben, de onderzoekers gebruikten een reeks van drie verschillende 2D-halfgeleidermaterialen die licht uitstraalden op verschillende golflengten. In deze structuur, bijvoorbeeld, een enkel ingangslampje (paarse kleur) genereert drie uitgangslampjes (blauw, groen en rood).

De zich voortplantende optische signalen langs de zilveren nanodraad kunnen ook worden omgezet en gedetecteerd als elektrische signalen door een optische signaaldetector.

"De originaliteit van dit artikel komt voort uit de interconversie van exciton-plasmon. We publiceerden vóór de conversie van exciton naar plasmon, en van plasmon tot exciton met behulp van zilveren nanodraad/2D halfgeleiderhybriden, maar dit is de eerste keer dat we de cirkel kunnen voltooien van plasmonen naar excitonen en terug naar plasmonen. Met behulp van dit begrip, we hebben optische transistoren en multiplexers gemaakt, " legt professor Hyun Seok Lee uit, eerste auteur van deze studie.