Как германий открывает эру мультиспектральных оптических переключателей?

Оптическое отбеливание — явление, при котором непрозрачные материалы временно становятся прозрачными под действием интенсивного лазерного импульса, — давно известно в нелинейной оптике. Однако до сих пор большинство материалов демонстрировали такой переход только для одного цвета или длины волны, что ограничивало возможности для создания многофункциональных оптических переключателей.
Как германий открывает эру мультиспектральных оптических переключателей?
Изображение носит иллюстративный характер

В современных телекоммуникациях и оптических вычислениях требуется быстрое и надежное переключение света между несколькими спектральными диапазонами. Преобладающие технологии опираются на микромеханические системы (MEMS), которые используют электрическое напряжение или ток. Это приводит к относительно медленной реакции, что становится существенным ограничением на фоне стремительного роста объемов передаваемых данных и потребности в защите информации.

Международная команда исследователей под руководством профессора Джунджуна Цзя из Университета Васэда (Япония) совместно с профессором Хуэй Е и доктором Хоссамом Альмоссалами из Чжэцзянского университета (Китай), а также профессором Наооми Ямадой (Чубу, Япония) и доктором Такаси Яги (AIST, Япония) провела исследования, которые открывают новые горизонты для оптических технологий. Учёные сфокусировались на тонких пленках германия — полупроводника с мультивелевой зонной структурой, обладающего уникальными оптическими свойствами.

Особое внимание было уделено явлению мультивелевого оптического переключения в германии при воздействии мощного одноколорного лазерного импульса. Исследователи доказали, что германий способен к сверхбыстрому переключению прозрачности в широком диапазоне длин волн — от видимого до ближнего инфракрасного диапазона. Такой эффект достигается за счёт мгновенного перераспределения электронов между энергетическими долинами (Γ и L) в зоне проводимости германия.

Экспериментальные данные были получены с помощью фемтосекундной разрешённой во времени спектроскопии, что позволило зафиксировать динамику переходов с точностью до триллионных долей секунды. В спектрах наблюдалась характерная раздельная энергия в 240 мэВ в точке L высокосимметричной зоны Бриллюэна, что свидетельствует о сложной мультивелевой структуре переходов.

Для точного анализа были выбраны специальные энергии зондирования, рассчитанные на основе HSE06-функционала с учетом спин-орбитального взаимодействия, что позволило отследить временное распределение электронов в долинах Γ и L. Профессор Цзя отметил: «Тщательный выбор энергий зондирования, основанный на расчетах с использованием HSE06-функционала и эффектов спин-орбитального взаимодействия, позволил нам с высокой точностью зафиксировать мгновенную электронную заселенность как в долине Γ, так и в долине L».

Полученные результаты не только раскрывают фундаментальные механизмы интра- и интерваллейного рассеяния носителей, но и позволяют выделить характерные времена этих процессов в мультивелевых материалах, что ранее было практически недостижимо в экспериментах.

Главное технологическое преимущество заключается в том, что германий позволяет управлять прозрачностью сразу на нескольких длинах волн, используя только один лазерный импульс. Это открывает путь к созданию сверхбыстрых оптических переключателей для передачи данных, вычислений и коммуникаций, значительно превышающих по скорости традиционные MEMS-устройства. «Наши результаты подтверждают, что интенсивное лазерное воздействие на пленки германия обеспечивает сверхбыстрое оптическое переключение на нескольких длинах волн, открывая новые возможности для оптических коммуникаций, вычислений и других областей», — прокомментировал профессор Цзя.

В условиях непрерывно растущего интернет-трафика и потребности в высокоскоростной передаче данных мультиспектральные оптические переключатели на основе германия способны стать ключевым элементом инфраструктуры будущего. Профессор Цзя подчеркивает: «Это открытие отвечает возрастающему спросу на более высокие скорости передачи данных и безопасность, знаменуя важный шаг вперед в развитии сверхбыстрых оптических переключательных устройств».

Результаты работы опубликованы в журнале Physical Review Applied 24 февраля 2025 года.


Новое на сайте

20868Уязвимости Plex открыли путь майнерам и Linux-бэкдору 20867Взлом OpenCode Console: под угрозой могли оказаться ключи OpenAI, Anthropic и Google 20866Rank Math PRO: заражённое обновление оставило на сайтах самовосстанавливающийся бэкдор 20865Как исследовательские модели OpenAI обходили ограничения и присваивали чужие данные 20864Атака на BeyondTrust: шпионская группа получила доступ к серверам поддержки 20863Как пакет imgdecode превращает npm-зависимость в загрузчик вредоносного кода? 20862Как PEERSTITCH обходит проверки VPN-сессий FortiOS? 20861Что происходит, когда ИИ-агент выходит за пределы тестовой среды? 20860Как 37-летняя ошибка открыла путь к root в OpenBSD 7.9? 20859ИИ-модели для SOC: точный ответ зависит от улик 20858Как одна учётная запись ConnectWise открыла доступ к 173 арендаторам Microsoft 365? 20857Пять минут до заражения: как подменили обновления AOMEI Backupper 20856Ловушка под видом регистрации: как UAT-11985 крадёт аккаунты Google 20855Может ли виртуальная машина прочитать память хоста? 20854Как дешёвые Android-смартфоны превращаются в чужие прокси?
Ссылка