Одним из препятствий на пути развития "внутрикристальной" связи является размер электромагнитных волн на радио- и микроволновых частотах, которые составляют основу современных беспроводных технологий. Наручники с относительно большими волнами — дальнейшая миниатюризация.Ученые, пытающиеся преодолеть эти ограничения, изучают потенциал оптической передачи, которая использует свойства гораздо меньших длин волн, например, в терагерцовом, инфракрасном и видимом диапазонах.Группа исследователей из Бостонского колледжа разработала первую систему беспроводной связи в нанометровом масштабе, которая работает на видимых длинах волн с использованием антенн, которые отправляют и принимают поверхностные плазмоны с беспрецедентной степенью контроля, сообщает команда в последнем выпуске журнала Nature’s Scientific Reports.
Кроме того, согласно исследованию, проведенному командой в лаборатории Эвелин Дж. И Роберта А. Ферриса, устройство обеспечивает конфигурацию «в плоскости», ценный класс двусторонней передачи и восстановления информации по единому пути.
Профессор физики Майкл Дж. Нотон.По словам исследователей, полученные данные представляют собой важный первый шаг к наноразмерной версии — и эквиваленту видимой частоты — существующих систем беспроводной связи. Такие системы на кристалле могут использоваться для высокоскоростной связи, высокоэффективного плазмонного волновода и коммутации схем в плоскости — процесса, который в настоящее время используется в жидкокристаллических дисплеях.
По словам ведущего соавтора Хуана М. Мерло, научного сотрудника с докторской степенью, инициировавшего проект, устройство обеспечило связь на нескольких длинах волн в тестах с использованием сканирующей оптической микроскопии ближнего поля.«Хуан смог продвинуть его за пределы ближнего поля — по крайней мере, до четырехкратной ширины волны. Это настоящая передача в дальнем поле, и почти все устройства, которые мы используем ежедневно — от наших сотовых телефонов до наших автомобилей. — полагается на передачу в дальней зоне », — сказал Нотон.По сообщению команды, устройство могло ускорить передачу информации на 60 процентов по сравнению с более ранними методами плазмонного волновода и до 50 процентов быстрее, чем в плазмонных волноводах на основе нанопроволоки.
Поверхностные плазмоны — это колебания электронов, связанных с границей раздела электромагнитного поля и металла. Помимо своих уникальных способностей, поверхностные плазмоны могут удерживать энергию на этой границе раздела, помещаясь в пространства, меньшие, чем сами волны.Исследователи, пытающиеся использовать субволновые возможности поверхностных плазмонов, разработали металлические конструкции, в том числе плазмонные антенны. Но постоянная проблема заключалась в невозможности обеспечить сдерживание испускания и улавливания электромагнитного излучения "в линию".
Команда BC разработала устройство с трехступенчатым процессом преобразования, которое при передаче преобразует поверхностный плазмон в фотон, а затем преобразует эту элементарную электромагнитную частицу обратно в поверхностный плазмон, когда приемник принимает ее.«Мы разработали устройство, в котором плазмонные антенны взаимодействуют друг с другом, а фотоны передаются между ними», — сказал Нотон. «Это достигается с высокой эффективностью, при этом потери энергии между одной антенной и другой снижаются на 50 процентов, что является значительным улучшением по сравнению с сопоставимыми архитектурами».По словам Мерло, получившего докторскую степень в Национальном институте астрофизики, оптики и электроники Мексики, центральным элементом нового контроля над поверхностными плазмонами стало создание небольшого воздушного промежутка между волнами и серебряной поверхностью устройства.
Удалив часть стеклянной подложки, команда уменьшила разрушающее воздействие материала на проходящие фотоны. Расширение и сокращение этого разрыва оказалось решающим при настройке устройства.
В традиционных кремниевых волноводах дисперсия снижает скорость передачи информации. По словам Мерло, без этого препятствия новое устройство использует способность поверхностных плазмонов перемещаться со скоростью от 90 до 95 процентов скорости света по серебряной поверхности, а фотоны перемещаются между антеннами с присущей им скоростью света.«Оптическая технология на основе кремния существует уже много лет, — сказал Мерло. «Что мы делаем, так это улучшаем его, чтобы сделать его быстрее.
Мы разрабатываем инструмент, чтобы сделать кремниевую фотонику быстрее и значительно улучшить скорость связи».