De overgang van elektronische geïntegreerde schakelingen naar snellere, meer energie-efficiënte en storingsvrije optische schakelingen is een van de belangrijkste doelen bij de ontwikkeling van fotontechnologieën. Fotonische geïntegreerde schakelingen (PIC's) worden tegenwoordig al gebruikt voor het verzenden en verwerken van signalen in optische netwerken en communicatiesystemen, inclusief, bijvoorbeeld, I/O-multiplexers van optische signalen en microchips met een geïntegreerde halfgeleiderlaser, een modulator en een lichtversterker. Echter, tegenwoordig worden PIC's meestal gebruikt in combinatie met elektronische schakelingen, terwijl puur fotonische apparaten nog niet concurrerend zijn.

Een van de uitdagingen bij het maken van PIC's is de complexiteit van het vervaardigen van verschillende apparaten (golfgeleiderkoppelingen, machtsverdelers, versterkers, modulatoren, lasers en detectoren op een enkele microchip), omdat ze verschillende materialen nodig hebben. De belangrijkste materialen die in bestaande PIC's worden gebruikt, zijn halfgeleiders (indiumfosfaat, galliumarsenide, silicium), elektro-optische kristallen (lithiumniobaat), evenals verschillende soorten glas.

Om de snelheid van PIC's bij het regelen van de lichtstroom te verhogen, onderzoekers zoeken naar nieuwe materialen met een hoge optische niet-lineariteit. Onder veelbelovende materialen, men kan noemen, vooral, microgolfgeleiders op basis van het nieuw ontdekte materiaal, grafeen (een laag koolstofatomen van één atoom dik), waarin ladingsdragerconcentraties effectief kunnen worden gecontroleerd met behulp van optisch pompen of toegepaste voorspanning.

Volgens Michail Bakoenov, hoofd van de afdeling Algemene Natuurkunde van de UNN, recent theoretisch en experimenteel werk toont de mogelijkheid aan van supersnelle (met tijden van verschillende lichtveldperiodes) veranderingen in de concentratie van dragers in grafeen, wat mogelijkheden opent voor het manipuleren van de amplitude en frequentie van lichtgolven (plasmonen) die door het grafeenoppervlak worden gestuurd.

"De ontwikkeling van fysieke modellen voor de beschrijving van elektromagnetische processen in niet-stationair grafeen is van groot praktisch belang. Het zorgt voor een verhoogde interesse van onderzoekers. Een van de resultaten van onderzoek in 2018 was de voorspelling in een aantal artikelen van de mogelijkheid om plasmonen te versterken (verhogen) door de dragerconcentratie in grafeen te veranderen, wat zeker aantrekkelijk is voor het maken van nieuwe apparaten, ’ zegt Michail Bakoenov.

Alexei Maslov, universitair hoofddocent bij de afdeling Algemene Natuurkunde van de UNN, zegt, "Onze studie is gericht op het ontwikkelen van de fysieke principes van ultrasnelle fotoncontrole in geïntegreerde microchips, met andere woorden, bij het verbeteren van de prestaties van microschakelingen en microchips die worden gebruikt in micro-elektronica en nano-elektronica."

Onderzoekers van de afdeling Algemene Natuurkunde van de UNN hebben een theorie ontwikkeld voor de omzetting van lichtgolven die zich voortplanten over het oppervlak van grafeen (een laag koolstofatomen van één atoom dik), wanneer de concentratie van elektronen in grafeen in de loop van de tijd verandert. In tegenstelling tot eerder onderzoek, er wordt precies rekening gehouden met de interactie van elektronen met het lichtveld. Een van de resultaten van het onderzoek was om de eerder voorspelde mogelijkheid uit te sluiten om lichtgolven te versterken door de concentratie van elektronen te veranderen. Dus, het werk van UNN-wetenschappers geeft een nieuwe kijk op de dynamiek van golven in niet-stationaire microgolfgeleiders, en draagt ​​daarmee bij aan de ontwikkeling van PIC's.

Onderzoeksresultaten zijn gepubliceerd in optiek .