La transición de circuitos integrados electrónicos a más rápidos, Los circuitos ópticos más eficientes energéticamente y sin interferencias es uno de los objetivos más importantes en el desarrollo de tecnologías de fotones. Los circuitos integrados fotónicos (PIC) ya se utilizan hoy en día para transmitir y procesar señales en redes ópticas y sistemas de comunicación. incluso, por ejemplo, Multiplexores de E / S de señales ópticas y microchips con un láser semiconductor integrado, un modulador y un amplificador de luz. Sin embargo, Hoy en día, los PIC se utilizan principalmente en combinación con circuitos electrónicos, mientras que los dispositivos puramente fotónicos aún no son competitivos.

Uno de los desafíos en la creación de PIC es la complejidad de fabricar varios dispositivos (acopladores de guía de ondas, divisores de poder, amplificadores, moduladores, láseres y detectores en un solo microchip), ya que requieren diferentes materiales. Los principales materiales utilizados en los PIC existentes son semiconductores (fosfato de indio, arseniuro de galio, silicio), cristales electro-ópticos (niobato de litio), así como varios tipos de vidrio.

Para aumentar la velocidad de los PIC en el control del flujo de luz, los investigadores están buscando nuevos materiales con alta no linealidad óptica. Entre materiales prometedores, uno puede nombrar, en particular, guías de microondas basadas en el material recién descubierto, grafeno (una capa de átomos de carbono de un átomo de espesor), en el que las concentraciones de portadores de carga se pueden controlar eficazmente mediante bombeo óptico o voltaje de polarización aplicado.

Según Mikhail Bakunov, jefe del Departamento de Física General de la UNN, Un trabajo teórico y experimental reciente muestra la posibilidad de cambios superrápidos (que implican tiempos de varios períodos de campo de luz) en la concentración de portadores en el grafeno, lo que abre posibilidades para manipular la amplitud y frecuencia de las ondas de luz (plasmones) dirigidas por la superficie del grafeno.

"El desarrollo de modelos físicos para la descripción de procesos electromagnéticos en grafeno no estacionario es de gran importancia práctica. Provoca un mayor interés por parte de los investigadores. Uno de los resultados de la investigación en 2018 fue la predicción en una serie de artículos del posibilidad de mejorar (aumentar la energía) de los plasmones cambiando la concentración de portador en el grafeno, que sin duda es atractivo para la creación de nuevos dispositivos, "dice Mikhail Bakunov.

Alexei Maslov, profesor asociado del Departamento de Física General de la UNN, dice, "Nuestro estudio tiene como objetivo desarrollar los principios físicos del control de fotones ultrarrápidos en microchips integrados, en otras palabras, para mejorar el rendimiento de los microcircuitos y microchips utilizados en microelectrónica y nanoelectrónica ".

Investigadores del Departamento de Física General de la UNN han desarrollado una teoría para la conversión de ondas de luz que se propagan sobre la superficie del grafeno (una capa de átomos de carbono de un átomo de espesor), cuando la concentración de electrones en el grafeno cambia con el tiempo. En contraste con investigaciones anteriores, la interacción de los electrones con el campo de luz se tiene en cuenta con precisión. Uno de los resultados del estudio fue descartar la posibilidad previamente predicha de amplificar las ondas de luz cambiando la concentración de electrones. Por lo tanto, el trabajo de los científicos de la UNN da una nueva mirada a la dinámica de las ondas en guías de microondas no estacionarias, contribuyendo así al desarrollo de PIC.

Los resultados de la investigación se han publicado en Optica .