В Институте ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН разработали новое оптическое устройство, позволяющее продвинуться в исследовании материалов для микросхем терагерцового диапазона. Специалисты не только создали прибор, но и отработали на нем эффективную методику. Результаты работы, подтвержденные экспериментами с золотом и сульфидом цинка, опубликованы в журнале Plasmonics (Springer Nature).
Современная микроэлектроника стремится к наращиванию частоты передачи данных. Потенциально передавать объемы информации порядка Тбит/с можно с помощью терагерцовых частот, что значительно превосходит возможности сверхвысоких частот. Однако для работы в этом диапазоне требуются фотонные методы, использующие поверхностные электромагнитные волны — плазмон-поляритоны.
Как пояснил старший научный сотрудник института Василий Герасимов, традиционные транзисторные микросхемы приблизились к пределу миниатюризации. Элементы менее 15 нанометров сталкиваются с квантовыми эффектами и ростом энергопотребления. Поэтому для увеличения частоты обработки данных необходимы подходы на стыке фотоники и плазмоники, позволяющие переводить оптические сигналы из объема в плоскость.
В ИЯФ СО РАН для этих целей задействуют Новосибирский лазер на свободных электронах. Поверхностные плазмон-поляритоны (ППП) локализуют излучение на границе сред, открывая возможность обхода дифракционного предела. Благодаря уникальному источнику излучения физики могут создавать и использовать ППП как для исследования материалов, так и для измерения локализации поля.
Для этого коллективом было разработано специальное оптическое устройство. Младший научный сотрудник Валерия Кукотенко отметила, что создание прибора заняло три года. В финальной версии появилась возможность измерять отражение ППП от проводящего экрана и оценивать дифракционные потери. Важным преимуществом является неинвазивность метода: исследования проводятся без контакта с хрупким образцом.
В ходе экспериментов с образцом из золота и сульфида цинка специалисты подтвердили эффективность метода и измерили глубину проникновения плазмон-поляритонов в воздух. Кроме того, из полученных данных впервые удалось определить диэлектрическую проницаемость приповерхностного слоя золота в терагерцевом диапазоне. Эта информация будет востребована при разработке плазмонных интегральных схем на основе графена или нанотрубок, а также для создания компактных терагерцовых генераторов.
Ранее Наука Mail рассказывала, что фононный лазер поможет создать более легкую и мощную электронику.
