Ultranagy sebességű molekuláris és nanooptikai kapcsolók kutatása
Az ELKH Wigner Fizikai Kutatóközpont kutatói fontos lépést tettek az ultragyors jelfeldolgozás gyakorlati alkalmazásai felé vezető úton, aminek eredménye végül a maiaknál gyorsabb és hatékonyabb mikroelektronikai áramkörök lehetnek.
A Wigner FK Ultragyors Nanooptika Kutatócsoport munkatársai Dombi Péter vezetésével minden korábbinál kisebb lézer felhasználásával alakították vezetővé az egyébként szigetelő tulajdonságú üveget. Az eredményt, melyről az Optica című szaklapban is beszámoltak, az teszi különösen fontossá a gyakorlatban, hogy ez elvezethet az ultragyors jelfeldolgozás felé, tehát olyan technológia kidolgozásának az irányába, mely segítségével a szokott vezetők fizikai tulajdonságai nem jelentenek többé szűk keresztmetszetet a jeltovábbítás számára, ráadásul a lézerfény felhasználásával a keltett áram iránya is befolyásolhatóvá válik – áll az ELKH közleményében.
Az elektronok a szilárd anyagokban számos tulajdonságot meghatároznak, egyebek mellett az áttetszőséget, vagy éppen azt, hogy az adott anyag vezeti-e az áramot. Amennyiben a szóban forgó anyagon feszültség halad keresztül, úgy a vezető közegek elektronjai az anyag atomjaival is ütköznek, ezáltal lelassulnak, az elvesztett energia pedig hő formájában jelenik meg – ezért melegednek az áramkörök. Magyarán valamennyi veszteséggel még a vezetőanyagok esetén is számolni kell, tehát az anyagnak ezek a fizikai tulajdonságai szűk keresztmetszetet jelentenek a gyorsabb és hatékonyabb mikroelektronikai áramkörök kifejlesztése számára.
A mostani kísérletben tehát szigetelő anyagot alakítottak vezetővé, amihez egy nemrég felfedezett effektust használtak fel: a lézerfény rövid időre vezetővé tehet eredetileg szigetelő tulajdonságú közegeket – például az üveget is. Azonban ez a változás csak addig tart, amíg a lézerfény-felvillanás, az úgynevezett lézerimpulzus keresztülhalad az anyagon. Nem túl hosszú időről beszélünk, mindössze néhány femtomásodpercről, ami a másodperc kvadrilliomodrésze, de mondhatjuk úgy is, hogy a másodperc milliomodrészének a milliárdodrésze. Ugyanakkor már ez a szinte felfoghatatlanul rövid idő is elég ahhoz, hogy a lézer hatására az elektronok mozgásba lendüljenek, és mérhető áram keletkezzen. Ez a keltett áram viszont bizonyos sajátságaiban különbözik attól, mint ami a vezetőanyagok esetén tapasztalható: az elektronok ugyanis nem a fémes anyagoknál megszokott vezetési sávban mozognak, ami a kutatók szerint az észlelt hatás ultragyors természetére bizonyíték.
A hazai kutatás annyiban is fontos, hogy először sikerült ezt az effektust egy kompakt lézer segítségével kimutatni, mivel az eddigi kísérletekben nagyméretű, bonyolult lézerrendszereket használtak. Ráadásul a kisebb lézerrel másodpercenként nyolcvanmilliószor mutatták ki a szóban forgó hatást, ami több mint százszorosan múlja felül az eddigi legjobb eredményeket. (A kisebb lézer a későbbi, gyakorlati alkalmazások miatt különösen fontos.) Mivel pedig a modern lézertechnológia segítségével lehetőség nyílik a lézerimpulzusok elektromos terének az irányítására, így a keltett áram iránya is befolyásolhatóvá válik.
A kompakt, könnyen hozzáférhető lézernek hála a kutatás a továbbiakban a szigetelő–vezető–szigetelő átalakulással kapcsolatos kísérletekre fog koncentrálni, és az eddigieknél is kisebb, nanoméretű optikai eszközöket fognak tervezni és előállítani, hogy a fent bemutatott effektust (tehát hogy szigetelőanyagok lézerimpulzus hatására vezetőkké válnak) még kompaktabb eszközökön is bemutathassák – ezek lesznek tehát a következő lépések az ultragyors jelfeldolgozás gyakorlati alkalmazásai felé.