Los investigadores han desarrollado un modelo dinámico tridimensional de una interacción entre la luz y las nanopartículas. Utilizaron una supercomputadora que usa aceleradores de gráficos para los cálculos. Los resultados muestran que las partículas de silicio expuestas a corto, Los pulsos de láser intensos pierden temporalmente su simetría. Sus propiedades ópticas se vuelven fuertemente heterogéneas. Tal cambio en las propiedades depende del tamaño de las partículas. Por lo tanto, Puede utilizarse para el control de la luz en dispositivos a nanoescala de procesamiento de información ultrarrápidos. El estudio se publica en Materiales ópticos avanzados .
La mejora de los dispositivos informáticos de hoy requiere una mayor aceleración del procesamiento de la información. La nanofotónica es una de las disciplinas que puede solucionar este problema mediante dispositivos ópticos. Aunque las señales ópticas se pueden transmitir y procesar mucho más rápido que las electrónicas, Primero es necesario aprender a controlar la luz a pequeña escala. Para este propósito, los investigadores utilizan partículas metálicas, que localizan la luz de manera eficiente, pero debilita la señal, eventualmente causando pérdidas significativas. Sin embargo, Se pueden utilizar materiales dieléctricos y semiconductores como el silicio en lugar de metal.
Las nanopartículas de silicio ahora son estudiadas activamente por investigadores de todo el mundo, incluida la Universidad ITMO. El objetivo a largo plazo de estos estudios es crear un modulador compacto ultrarrápido para señales ópticas. Pueden servir de base para las computadoras del futuro. Sin embargo, esta tecnología será factible solo una vez que los investigadores comprendan cómo interactúan las nanopartículas con la luz.
"Cuando un pulso láser golpea la partícula, se forman muchos electrones libres en el interior, "explica Sergey Makarov, jefe del Laboratorio de Nanofotónica y Optoelectrónica Híbrida de la Universidad ITMO. "Como resultado, se crea una región saturada con partículas de carga opuesta. Por lo general, se le llama plasma con agujeros de electrones. El plasma cambia las propiedades ópticas de las partículas y hasta ahora todo el mundo creía que sucedía con la partícula completa simultáneamente, para que se conserve la simetría. Demostramos que esto no es del todo cierto y una distribución uniforme del plasma dentro de las partículas no es el único escenario posible ".
Los científicos encontraron que una perturbación electromagnética causada por la interacción entre la luz y las partículas tiene una estructura más compleja. Esto conduce a una ligera distorsión, variando con el tiempo. Por lo tanto, la simetría de las roturas y las propiedades ópticas se vuelven diferentes en una partícula. "Utilizando métodos analíticos y numéricos, Primero miramos dentro de la partícula y vimos que los procesos que tienen lugar allí son mucho más complicados de lo que pensamos, "dice Konstantin Ladutenko, miembro del Centro Internacional de Investigación de Nanofotónica y Metamateriales de la Universidad ITMO. "Es más, descubrimos que al cambiar el tamaño de las partículas, podemos afectar su interacción con la señal luminosa. Así que podríamos predecir la ruta de la señal en todo un sistema de nanopartículas ".
Con el fin de crear una herramienta para estudiar procesos dentro de nanopartículas, Científicos de la Universidad ITMO unieron fuerzas con colegas de la Universidad Jean Monnet en Francia. "Propusimos métodos analíticos para determinar el tamaño de partícula y el índice de refracción, lo que podría proporcionar un cambio en las propiedades ópticas. Después, con poderosos métodos computacionales rastreamos procesos dentro de partículas. Nuestros colegas hicieron cálculos en una computadora con aceleradores de gráficos. Estas computadoras se utilizan a menudo para la minería de criptomonedas. Sin embargo, decidimos enriquecer a la humanidad con nuevos conocimientos, en lugar de enriquecernos. Qué es más, la tasa de bitcoin comenzó a caer entonces, "dice Konstantin.
Los dispositivos basados en tales nanopartículas pueden convertirse en elementos básicos de las computadoras ópticas, al igual que los transistores ahora son elementos básicos de la electrónica. Permitirán distribuir y redirigir o bifurcar la señal. "Estas estructuras asimétricas tienen una variedad de aplicaciones, pero nos centramos en el procesamiento de señales ultrarrápido, "continúa Sergey." Ahora tenemos una poderosa herramienta teórica que nos ayudará a desarrollar un sistema de gestión de la luz rápido y compacto ".
