Övergången från elektroniska integrerade kretsar till snabbare, mer energieffektiva och störningsfria optiska kretsar är ett av de viktigaste målen i utvecklingen av fotonteknologier. Fotoniska integrerade kretsar (PIC) används redan idag för att överföra och bearbeta signaler i optiska nätverk och kommunikationssystem, Inklusive, till exempel, I/O-multiplexrar av optiska signaler och mikrochips med en integrerad halvledarlaser, en modulator och en ljusförstärkare. Dock, idag PIC används mest i kombination med elektroniska kretsar, medan rent fotoniska enheter ännu inte är konkurrenskraftiga.

En av utmaningarna med att skapa PIC:er är komplexiteten i att tillverka olika enheter (vågledarkopplare, effektdelare, förstärkare, modulatorer, lasrar och detektorer på ett enda mikrochip), eftersom de kräver olika material. De huvudsakliga materialen som används i befintliga PIC:er är halvledare (indiumfosfat, galliumarsenid, kisel), elektrooptiska kristaller (litiumniobat), samt olika typer av glas.

För att öka hastigheten för PIC:er vid kontroll av ljusflöde, forskare letar efter nya material med hög optisk olinjäritet. Bland lovande material, man kan namnge, särskilt, mikrovågsledare baserade på det nyupptäckta materialet, grafen (ett lager av kolatomer en atom tjockt), där laddningsbärarkoncentrationer effektivt kan kontrolleras med hjälp av optisk pumpning eller applicerad förspänning.

Enligt Mikhail Bakunov, chef för UNN:s allmänna fysikavdelning, nyligen genomförda teoretiska och experimentella arbeten visar möjligheten av supersnabba (som involverar tider av flera ljusfältsperioder) bärarkoncentrationsförändringar i grafen, vilket öppnar möjligheter för att manipulera amplituden och frekvensen av ljusvågor (plasmoner) som riktas av grafenytan.

"Utvecklingen av fysikaliska modeller för beskrivning av elektromagnetiska processer i icke-stationär grafen är av stor praktisk betydelse. Det orsakar ett ökat intresse från forskarnas sida. Ett av forskningsresultaten 2018 var förutsägelsen i ett antal artiklar av möjlighet att förbättra (öka energin) hos plasmoner genom att ändra bärarkoncentrationen i grafen, vilket verkligen är attraktivt för att skapa nya enheter, säger Mikhail Bakunov.

Alexei Maslov, docent vid UNN General Physics Department, säger, "Vår studie syftar till att utveckla de fysiska principerna för ultrasnabb fotonkontroll i integrerade mikrochips, med andra ord, att förbättra prestandan hos mikrokretsar och mikrochips som används i mikroelektronik och nanoelektronik."

Forskare vid UNN General Physics Department har utvecklat en teori för omvandlingen av ljusvågor som utbreder sig över grafenytan (ett lager av kolatomer en atom tjockt), när koncentrationen av elektroner i grafen förändras över tiden. I motsats till tidigare forskning, interaktionen mellan elektroner och ljusfältet beaktas exakt. Ett av resultaten av studien var att utesluta den tidigare förutspådda möjligheten att förstärka ljusvågor genom att ändra koncentrationen av elektroner. Således, UNN-forskarnas arbete ger en ny titt på dynamiken hos vågor i icke-stationära mikrovågsledare, och därmed bidra till utvecklingen av PIC.

Forskningsresultat har publicerats i Optica .