Ученые из Университета ИТМО в Санкт-Петербурге достигли значительного прогресса в области света и наноматериалов. Благодаря разработанным ими методикам стало возможно управлять оптическими свойствами наночастиц, используя серии ультракоротких лазерных импульсов. Этот научный прорыв уже вызывает интерес у крупных технологических компаний и может кардинально изменить подходы к хранению и обработке информации, приблизив человечество к созданию новых типов оптических чипов будущего.
Лазерное воздействие — ключ к преобразованию наноструктур
Традиционно наночастицы, обладающие уникальными оптическими свойствами, изготавливались с заданными характеристиками, которые оставались неизменными в процессе эксплуатации. Такой ограниченный подход сдерживал воплощение в жизнь идей, связанных с созданием многофункциональных наночастиц, способных многократно менять свои свойства под действием внешних стимулов.
Физики из команды Дмитрия Зуева предложили иной принцип управления светом внутри чипов: особые олигомеры, собранные из комбинаций металлических и диэлектрических наночастиц. Подобные гибридные структуры совмещают преимущества как проводников, так и неметаллических материалов. Уникальность нового метода заключается в возможности целенаправленного изменения характеристик этих олигомеров за счет контролируемого лазерного воздействия, что открывает путь к созданию интеллектуальных наноразмерных устройств.
Гибридные наноматериалы: от идеи к инновационным технологиям
Специалисты Университета ИТМО экспериментировали с олигомерами, напоминающими форму миниатюрных грибов: плоская золотая шляпка и слегка вытянутая ножка из кремния. Такая конструкция позволила достичь необычной гибкости — в зависимости от формы лазерного пучка, его поляризации и длительности воздействия, часть структуры изменяла свою конфигурацию. После облучения инфракрасным лазером золотая составляющая становилась вогнутой, что в корне меняло взаимодействие наночастицы с электромагнитными волнами.
В результате даже идентичные "заготовки" могут быть "перепрограммированы" непосредственно на месте посредством лазерных импульсов, что позволяет создавать сложные массивы наночастиц с индивидуально заданными параметрами. Такой подход обеспечит гибкость и высокую пропускную способность в будущем оптических микросхем, а также позволит формировать уникальные системы хранения информации и миниатюрные сенсоры.
Преимущества света перед электричеством — новое слово в технологиях
Современная цифровая индустрия уже активно использует световые технологии в сфере телекоммуникаций. Однако идея полностью заменить электрические транзисторы и металлические дорожки внутри электронных устройств световыми аналогами долгое время оставалась недостижимой. Причина заключалась в сложности управления траекторией и свойствами света на микроуровне.
Применяя лазер на наноструктуры, ученые решили сразу две ключевые задачи: приобрели возможность единичного и точечного управления свойствами наночастиц, а также добились многократного перепрограммирования одной "ячейки" — это критически важно для создания устройств памяти нового поколения, где информация перезаписывается быстро и без потери надежности.
Вперёд к перспективам оптических чипов
Дмитрий Зуев убежден: комбинация новых методик и сложных наноструктур откроет широкие горизонты для развития оптоэлектроники. Лазерное изменение формы и свойств наночастиц даст возможность создавать плотные, скоростные и энергоэффективные чипы для работы со световыми потоками. Это не только увеличит скорость передачи данных и плотность записи, но и способно существенно снизить энергопотребление и нагрев устройств.
Уже сегодня технологическими разработками команды Университета ИТМО интересуются компании, работающие на переднем крае цифровых технологий, что говорит о потенциале перехода инновации из лаборатории в производство. Более того, контролируемое лазерное формирование свойств наночастиц может лечь в основу новых методов хранения данных, создания сенсорных сетей и даже развития квантовых вычислений.
Экологичность и универсальность: новые возможности исследований
Лазерная коррекция свойств наноструктур отличается высокой точностью и безопасностью для окружающей среды. Для проведения манипуляций не требуется использование агрессивных химикатов или сложных процедур — достаточно направленного пучка света. Это упрощает интеграцию новых технологий в производственный процесс, делая её экологичной и универсальной для многочисленных отраслей: от медицины до телекоммуникаций.
Преимущества методики дополняются возможностью масштабного внедрения в существующие схемы интегральной электроники, а также простотой массовой настройки отдельных элементов без полной переделки аппаратных решений.
Будущее за новыми материалами и технологиями света
Инновационная работа команды Университета ИТМО стала примером эффективного сочетания идей современной физики, нанотехнологий и прикладной науки. В перспективе подобные разработки позволят создавать гибкие платформы для производства оптических чипов, памяти и сенсоров, задавая тон в цифровой революции ближайших десятилетий.
Гибкое лазерное программирование наночастиц открывает множество сценариев применения как в повседневной электронике, так и в передовых научных исследованиях. Не исключено, что уже в ближайшем будущем благодаря усилиям ученых подобные технологии станут неотъемлемой частью нашего цифрового мира, придавая ему еще большую скорость, точность и надежность.
Источник: scientificrussia.ru
