Исследователи из Сингапурского национального университета разработали и изготовили электросхемы, которые могут достигать скорости в 245 терагерц, т.е. в десятки тысяч раз быстрее, чем современные микропроцессоры. Такой результат открывает новые возможные способы применения плазмон-электроники, которая сочетает наноэлектронику с высокой скоростью работы оптики.
Когда свет взаимодействует с некоторыми металлами, он может быть зафиксирован в форме объединенных, невероятно быстрых колебаний электронов, которые называются плазмонами. Что касается использования его энергии, то взаимодействие фотонов и электронов может быть применено в создании сверхбыстрых компьютеров (среди прочего). Но данный феномен возникает на таком малом масштабе, что пока не существует приборов для того, чтобы просто его исследовать, не говоря уже об использовании энергии.
Ассистент профессора Кристиан А. Ниджуис (Christian A. Nijhuis) вместе с коллегами нашли новый способ использовать энергию квантово-плазмонных эффектов даже при помощи электроники современного поколения, используя процесс, называемый «квантово-плазмонным туннелированием».
Исследователи создали электросхему молекулярного масштаба, состоящую из двух плазмонных резонаторов (структуры, которые могут превращать фотоны в плазмоны), разделенных одним слоем молекул размером всего лишь в 0,5 нанометров.
Используя электронную микроскопию, Ниджуис вместе с коллегами увидел, что слой молекул позволяет произойти квантово-плазмонному туннелированию, что обеспечивает частоту работы микросхемы до 245 терагерц. Более того, частота электросхемы может быть настроена путем изменения материала молекулярного слоя.
Впервые ученым удалось наблюдать квантово-плазмонное туннелирование напрямую, и это подтверждает то, что молекулярная электроника может выдерживать скорости, которые намного выше, чем в современных устройствах.
Будущие исследования будут включать плазмонно-электронные гибриды, которые сочетают наноэлектронику с высокими скоростями оптики и фотонным детектором с одной молекулой. Исследователи сейчас направят свои усилия на то, чтобы попытаться внедрить эти устройства в настоящие электронные схемы.
Результаты исследования опубликованы в последнем выпуске журнала Science.