Vďaka špeciálnemu oxidu sa zvýši rýchlosť optiky
Priehľadné elektricky vodivé oxidy sa vďaka unikátnym optickým vlastnostiam radujú v oblasti nanofotoniky obrovskej eufórii. Doteraz bola ich slabou stránkou rýchlosť, čo sa ale zmení. Purduova univerzita slávi úspech. Ich výskumníci dokázali prekonať doterajšie obmedzenia a nastolili tak príchod ultra rýchlych optických komunikačných systémov.
Bežné optické telekomunikačné technológie na prenos informácii využívajú optické vlákna a laserové impulzy. Keď je tento materiál vystavený pulzujúcemu laseru, jeho elektróny sa presunú z energetickej úrovne valenčný pás do pásma vodivosti. Elektróny po presune zanechajú vo valenčnom pásme voľné miesta, tzv. elektrónové diery, s ktorými sa neskôr rekombinujú ďalšie elektróny.
Pri tranzistoroch je hlavným limitom čas, ktorý bežné polovodiče (kremík) potrebujú na skompletizovanie cyklu absorpcie svetla, excitovania elektrónov, vzniku elektrónových dier a konečnej rekombinácie. Výskumníci toto prekonali nasadením špeciálnych filmov oxidu zinočnatého obohateného o atómy hliníka (AZO – aluminium – doped zinc oxide) a na celý cyklus potrebovali iba 350 femtosekúnd, čo je asi 5-tisíckrát menej ako pri klasickom monokryštalickom kremíku. Takýto progres nastal preto, že ak sa AZO pripravuje pri nízkej teplote menej ako 400°C v jeho štruktúre sa tvorí veľké množstvo defektov a práve tie umožňujú znížiť čas potrebný na rekombináciu elektrónov.
Pre optický prenos dát je nevyhnutné modulovať množstvo odrazeného svetla. Optické materiály tvorené AZO dokážu modulovať množstvo odrazeného svetla až o 40%, pričom potrebujú oveľa menej energie ako iné optické polovodičové zariadenia.
„Potreba nízkej energie je dôležitá, pretože pokiaľ chcete operovať veľmi rýchlo – amy ukazujeme potenciál pre terahertz a viac – potom potrebujete udržať nízky rozptyl energie, inak sa Váš materiál prehreje alebo rozstaví“, povedal Nathaniel Kinsey, jeden z autorov.
Filmy s novým materiálom AZO majú index lomu blízky nule, čo je vlastnosť typická pre kovy a syntetické metameteriály, u ktorých donedávna nevídanú kontrolu svetla umožňuje využívanie oblakov elektrónov zvaných povrchové plazmóny. Ďalšou výhodou je využívanie vlnovej dĺžky 1,3um, ktoré sa dnes používajú v optických telekomunikačných systémov.
Výsledkom technologického procesu by mal byť rýchlejší a lacnejší prenos dát optickými sieťami.
