این تصویر همراه با اخبار دانشگاه ITMO مبنی بر تشریح چگونگی کاربرد نانوذرات سیلیکان بعنوان ترانزیستور تمام نوری منتشر شده است.
در تحقیقی که در مجله Nano Letters توسط فیزیکدانان دانشکدهی نانوفوتونیک و فرامواد دانشگاه ITMO (سن پترزبورگ، روسیه) منتشر شده امکان طراحی یک ترانزیستور آنالوگ نوری با استفاده از نانوذره سیلیکان واحد تشریح شده است.
از آنجا که ترانزیستور از اساسی ترین اجزای مدارهای محاسباتی است، نتایج این مطالعه اهمیت حیاتی برای توسعه کامپیوتر نوری دارد. چرا که در این نسل از کامپیوترها، ترانزیستور باید بسیار کوچک و فوق سریع باشد.
عملکرد کامپیوتر های مدرن، که در آنها الکترون حامل سیگنال است، تا حدود زیادی به دلیل زمان مورد نیاز برای تریگر(تحریک اولیه) ترانزیستور(معمولا بین ۰٫۱ تا ۱ نانوثانیه) محدود شده است. این در حالی است که در نسل بعدی کامپیوترهای نوری، که در آنها فوتونها حامل سیگنال موثر هستند، مقدار اطلاعات منتقل شده از ترانزیستور در هر ثانیه به شدت افزایش می یابد. به همین دلیل، مساله ساخت یک ترانزیستور تمام نوری فشرده و فوق سریع مطرح میشود که در زمینه توسعه محاسبات نوری مفید واقع شود. با استفاده از چنین نانو ابزاری دانشمندان، قادر به کنترل انتشار پرتو سیگنالهای نوری با استفاده از پرتو کنترلی خارجی در عرض چند پیکوثانیه میشوند.
در این مطالعه، محققان با طرح رویکردی کاملا جدید در طراحی این ترانزیستور نوری و تنها با استفاده از یک نانوذره سیلیکان یک نمونه اولیه از این ترانزیستورها را ساختند. دانشمندان دریافتند که میتوانند با تابش یک پالس لیزر شدید و بسیار کوتاه، به طور چشمگیری خواص نانوذرات سیلیکان را تغییر دهند. بنابراین لیزر به عنوان یک پرتو کنترلی عمل میکند که با تحریک اپتیکی پلاسمای چگال، ضریب گذردهی دی- الکتریک سیلیکان را برای چندپیکوثانیه تغییر میدهد.
بنابر گفتهی سرگئی ماکاروف، نویسنده ارشد این مقاله و محقق ارشد در دانشکدهی نانو فوتونیک وفرا مواد ” به طور کلی، محققان در این زمینه بر روی طراحی ترانزیستورتمام نوری در مقیاس نانو با استفاده ازکنترل جذب نانو ذرات متمرکز شده اند که در اصل، به طور کامل منطقی است. در وضعیت جذب بالا، سیگنال نور بوسیلهی نانوذرات جذب میشود و نمیتواند عبور کند؛ در حالیکه در خارج از این وضعیت نور می تواند از نانوذرات عبور کند و انتشار یابد. اگرچه این روش منجر به نتیجه قطعی نشد.”
” ایده ما از این جهت متفاوت است که به جای کنترل خواص جذب نانوذرات، نمودارپراکندگی آن را کنترل میکنیم. شاید بهتر باشد بگوییم این نانوذره به طور معمول تقریبا تمام نور تابشی را رو به عقب پراکنده میکند، اما زمانی که ما آن را تحت تشعشع یک پالس کنترلی قرار میدهیم، مجددا شکل گیری شده و رو به جلو پراکنده می شود.”
انتخاب سیلیکان به عنوان یک ماده برای ترانزیستور نوری اتفاقی نبود. برای ساخت یک ترانزیستور نوری به مواد ارزان قیمت نیاز داریم که پاسخگوی تولید انبوه باشد و در عین حال قادر به تغییر خواص اپتیکی خود در چند پیکوثانیه ( در رژیم پلاسمای چگال الکترون-حفره) بدون گرم شدن بیش از حد باشد.