Tycker du att din dator är tillräckligt snabb? Tänk om. Framtidens datorer skulle kunna fungera nästan med ljusets hastighet! Nanofotonik, studiet av ljus på nanometerskala, skulle verkligen kunna få vår tekniks hastighet till en helt annan nivå. Centrum för integrerad nanostrukturfysik (CINAP) inom Institutet för grundvetenskap (IBS) har utvecklat tre nyckelkomponenter i en krets som fungerar med ljus. Publicerad i Naturkommunikation , dessa enheter kombinerar fördelarna med fotonik och elektronik på samma plattform.

Medan vi saktar närmar oss slutpunkten för Moores lag:ett tillstånd där vi fysiskt inte kan krympa dimensionen av våra transistorer mycket längre; framtiden för big data-behandling kräver högpresterande datorer med högre hastighet. Forskare tror att om vi bygger datorer som bearbetar information genom ljus, istället för elektroner, datorn kommer att kunna arbeta snabbare. Dock, vid nanometermått, ljusets våglängd är större än kiselfiberns diameter och av denna anledning kan en del ljus gå förlorad. En lösning för att kontrollera spridningen av ljus i materia kan komma från ytplasmoner. Dessa är elektromagnetiska vågor som utbreder sig längs ytan av vissa ledande material som silver, guld, aluminium och koppar. Använda ytplasmoner, optisk information kan överföras nästan med ljusets hastighet och i extremt miniatyrvolymer.

Använda ytplasmoner i silver nanotrådar och 2D-halvledare som molybdendisulfid (MoS2), IBS-forskare byggde tre nyckelkomponenter för optisk kommunikation:optiska transistorer, optiska multiplexorer och optiska signaldetektorer.

Dessa enheter fungerar tack vare ett fenomen som kallas plasmon-exciton-plasmon interconversion.

IBS-forskare konstruerade den optiska transistorn genom att koppla ihop silvernanotråden till en flinga av MoS2. Ljus som lyste på enheten omvandlas till ytplasmon, än att excitera, tillbaka till ytan plasmon och så småningom emitteras som ljus med en kortare våglängd jämfört med den ursprungliga ingången. Till exempel, om ingångslampan lyser grönt, utgångsljuset kan vara rött.

Våglängdsmultiplexeringsanordningar realiserades på ett liknande sätt, men istället för att bara ha en flinga av MoS2, forskarna använde en uppsättning av tre olika 2D-halvledarmaterial som sänder ut ljus vid olika våglängder. I denna struktur, till exempel, ett enda ingångsljus (violett färg) genererar tre utgående ljus (blå, grönt och rött).

De fortplantande optiska signalerna längs nanotråden i silver kan också transformeras och detekteras som elektriska signaler av en optisk signaldetektor.

"Originaliteten i denna artikel härrör från exciton-plasmon-interkonversionen. Vi publicerade före omvandlingen av exciton till plasmon, och från plasmon till exciton med silver nanotråd/2D halvledarhybrider, men det här är första gången som vi kan slutföra cirkeln från plasmoner till excitoner och tillbaka till plasmoner. Genom att använda detta koncept, vi skapade optiska transistorer och multiplexorer, " förklarar professor Hyun Seok Lee, första författare till denna studie.