Создано устройство для революционного ускорения интернета

Преобразование передаваемых по оптоволокну данных в электрические сигналы — узкое место современных телекоммуникаций, в том числе магистральных каналов интернета. В Мичиганском университете создан решивший эту проблему полностью оптический коммутатор. Об изобретении его авторы рассказали в Nature Communications.

Устройство работает как обычный логический вентиль — элементарный элемент вычислительной техники. Он может быть во включенном или выключенном состоянии, либо выполнять функцию «исключающее ИЛИ», переходя в нулевое состояние при подаче единиц на оба входа, причем управляется он лазерным лучом — пропуская или перекрывая свет круговой поляризации.

«Полностью оптический коммутатор является первым шагом на пути к полностью оптическим вычислениям или построению оптических нейронных сетей», — говорит ведущий автор исследования аспирант Линсяо Чжоу.

В основе вентиля — оптический резонатор, полость которого покрыта слоем диселенида вольфрама WSe₂ толщиной в одну молекулу. Попадая на полупроводник, усиленный несколькими зеркалами лазер меняет в нем ширину запрещенной зоны, то есть количество энергии, необходимое для выхода электрона на следующую орбиталь или энергию, излучаемую при его спуске на нижележащую орбиталь — явление, известное как эффект Штарка. Как следствие — модулируется плотность светового потока через коммутатор.

Кроме этого, в экспериментах оптический эффект Штарка создавал псевдомагнитное поле (то есть действующее только на квантовом уровне — закручивающее электроны) умопомрачительной величины 210 тесл (для сравнения: сила самого мощного магнита — 100 Тл). Поэтому разработка имеет не только прикладное, но и фундаментальное научное значение.