Napjainkban egyre több használati eszköz tartalmaz mikroelektronikai alkatrészeket, vagy valamilyen mikroszámítógépet. Ezeknek az eszközöknek a sebessége azonban az alkalmazott technológiából adódóan korlátozott. Így a kutatók olyan megoldásokat keresnek, amelyekkel a jelenleg használt elektronikai áramkörök sebessége megnövelhető. Ígéretes iránynak tűnik, hogy a fényt használjuk információtovábbításra, hiszen a fény elektromágneses tere nagyságrendekkel gyorsabban változik, mint a leggyorsabb mikroelektronikai kapcsolók kapcsolási sebessége. Az olyan hagyományos fotonikai eszközök azonban, mint például az optikai szálak, a miniatürizálás szempontjából korlátozottak, hiszen a fényelhajlás miatt nem lehet tetszőlegesen kis méretű fotonikai alkatrészeket gyártani.

Információtovábbító eszközök gyorsasága és mérettartománya: a plazmonikus eszközök a jövőben egyesíthetik a gyorsaságot és a miniatürizálhatóságot.

A Grazi Műszaki Egyetem, a HUN-REN Wigner Fizikai Kutatóközpont és az ELI Lézeres Kutatóintézet együttműködésében most egy olyan, nanooptikai elven működő hullámvezetőt fejlesztettek ki, amely egyesíti mind a gyorsaságot, mind a miniatürizálhatóságot. Az új nanooptikai eszköz működésének lényege, hogy egy nanométeres mérettartományba eső fémstruktúrában az ultrarövid lézerfelvillanásokkal történő megvilágítása esetében a fém elektronjai a fény elektromágneses terének megfelelő gyorsaságú rezgésre kényszeríthetőek. Ez a rezgés azután a fémfelület mentén hullámként tud tovább terjedni, éppen úgy, mint a vízhullámok egy tavon. Nagy kihívást jelent azonban, hogy az ultrarövid lézerfelvillanás időbeli hosszát a fémfelületi elektromágneses hullám is megőrizze.

Az osztrák és magyar kutatóknak most egy olyan fémszerkezetet sikerült megtervezni és elkészíteni, ami megfelel ennek az elvárásnak. Egyúttal ezen a fémszerkezeten a valaha mért legrövidebb plazmonhullámot is sikerült kimutatniuk. A kutatás magyarországi vezetője, Dombi Péter elmondta:

„Ez egy nagy előrelépés az ultragyors nanooptikai áramköri elemek fejlesztésében, ugyanis a fémfelületen terjedő jel megőrizte a 10 fs alatti időbeli hosszat, ami 0,1 Petahertz körüli kapcsolási gyorsaságot tesz lehetővé. A plazmonikai elvnek köszönhetően az átvitt optikai jel pedig akár nanométeres mérettartományokba is koncentrálható.”

Az eredményt a nanotudomány vezető nemzetközi folyóirata, a Nano Letters közölte a https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c04991 alatt elérhető tudományos folyóiratcikkben.

Az ultrarövid lézerimpulzussal plazmonhullám indítható a felületi fémstruktúrán, melynek időbeli hossza egy második lézerimpulzussal és a fotoelektron-emissziós mikroszkóppal vizsgálható.

További érdekesség a kutatás kapcsán, hogy mind Dombi Péternek, mind az együttműködő osztrák kutatócsoportot vezető Martin Schultzénak a friss Nobel-díjas Krausz Ferenc volt a témavezetője karrierjük kezdetén.

Ha feliratkozik a Műszaki Magazin Hírlevelére, sosem marad le a híreinkről! További friss híreket talál a Műszaki Magazin főoldalán! Csatlakozzon hozzánk a Facebookon is!

The post Új eredmények a fényalapú áramkörök fejlesztésében appeared first on Műszaki Magazin.

A számítástechnikában jelenleg használt mikroelektronikai eszközök technológiája elérte a határait. Igaz ez mind a számítógépprocesszorok órajelére, a kapcsolási sebességre és az egy bit tárolására alkalmas memória fizikai méretére is. Az információtárolásra használt doménméret a 100 nanométer nagyságrendjébe esik, a kapcsolás jellemző időtartama pedig, ami meghatározza az eszközök gyorsaságát, jelenleg a másodperc milliomodrészének tízezredrésze. Ahhoz, hogy ennél több nagyságrenddel gyorsabban lehessen logikai műveleteket végrehajtani, alapvetően új kapcsolási architektúrákat kell kidolgozni. Az új építőelemeknek pedig, az információsűrűség növeléséhez szükséges, legfeljebb néhány nanométeres mérettartományban kell lennie. A Wigner Fizikai Kutatóközpont három kutatócsoportja (köztük két Lendület-csoport) olyan anyagi rendszerekkel indított kutatásokat, melyekkel molekuláris és/vagy nanooptikai szinten több nagyságrendet lehet növelni a kapcsolási sebességen.

A 2017 júliusában indult, és idén véget ért projekt keretében a kutatók sikeresen fejlesztettek olyan nanooptikai és lézeres mérési módszereket, melyeknek köszönhetően fontos felfedezéseket tettek a lézerfény által irányított elektronok nanométeres tartományban történő mozgásáról, valamint az alkalmazásokban használható molekulák femtomásodperces (a másodperc milliomodrészének milliárdodrésze) időskálán történő átalakulásairól. Ezeket az eredményeket olyan vezető tudományos folyóiratokban publikálták, mint például a Nature Communications, Nano Letters vagy az Optica. Az eredményeknek köszönhetően pedig javaslatokat tudtak tenni a megfelelő kapcsolási architektúrák kialakítására, melyekre a nemzetközi kutatói közösségben is sokan felfigyeltek.

A Wigner Fizikai Kutatóközpont munkatársai a kísérletekhez használt lézer beállításán dolgoznak.

A kutatóközpont a molekuláris és nanooptikai áramkörökkel kapcsolatos felfedező kutatásaihoz 440,34 millió Ft támogatást nyert el a Széchenyi 2020 program keretében, így lehetősége nyílt több korszerű műszer, többek között egy Magyarországon egyedülálló lézerrendszer beszerzésére. Ez a lézer femtomásodperces pontossággal tud több különböző színű lézerfényt biztosítani a kísérletekhez. A műszerbeszerzésen túl 8 versenyképes új kutatói álláshelyet is létrehoztak a projekt ötéves időtartama alatt, aminek köszönhetően Dániából, Svédországból és az USA-ból költöztek haza magyar kutatók, illetve egy vezető cseh kutató is a budapesti intézetet választotta munkahelyéül. A támogatásnak köszönhetően 7 diplomamunka és 4 PhD fokozat született az ELTE-n, a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetemen és a Pécsi Tudományegyetemen.

A kutatócsoportok a jövőben olyan konkrét eszközöket fejlesztenek majd, kapcsolható molekulák nanoméretű csomópontokba helyezésével, melyekkel már egyszerű logikai művelek is megvalósíthatók lesznek a lézerfény segítségével.

The post Molekuláris eszközök és nanooptikai áramkörök a Wigner Kutatóközpontban appeared first on Műszaki Magazin.

Az alagúthatás lényege, hogy egy elektron akkor is képes áthatolni egy előtte álló akadályon (úgynevezett potenciálgáton), ha ahhoz a klasszikus fizika szabályai szerint nincs elegendő energiája. A jelenséget először az 1920-as években említették, ezt követően pedig számos tudós foglalkozott vele. Az elmúlt 70-80 évben összesen 5 Nobel-díjat osztottak ki olyan kutatómunkáért, amely az alagúthatással kapcsolatos eredményt vagy gyakorlati alkalmazást mutatott fel. Egyik fontos példa az utóbbira a pásztázó alagútmikroszkóp megalkotása, amellyel különböző felületeket lehet nanométeres pontossággal vizsgálni.

Elektronok kilépése arany nanorészecskék felületéről ultrarövid lézerfény-felvillanások hatására.

Az alagúthatást korszerű lézerekkel is el lehet érni. A Wigner Fizikai Kutatóközpont munkatársai kísérleteikhez olyan lézerfényt használtak, amelyben a lézernyaláb átmérője egy átlagos hajszál huszad része. A lézerfény energiájának térbeli koncentrációját ráadásul egy nanooptikai jelenséggel növelték tovább, amelyet a mintán jelenlévő arany nanorészecskék eredményeztek. A folyamat során nagyságrendekkel meg tudták növelni a lézerfény elektromos terét, ezzel a megoldással pedig az alagúthatásnak egy új megnyilvánulását tudták kimutatni. A kutatók által vizsgált tartományban az elektronok részben a kvantummechanikai szabályai szerint viselkednek, vagyis alagutazni tudnak egy előttük álló falon (potenciálgáton) keresztül, részben azonban olyan tulajdonságokat is mutatnak, amelyek alapján hagyományos viselkedésükre lehet következtetni.

A Wigner Kutatóközpont fizikusainak új eredménye és további alapkutatási munkája segít a nemzetközi kutatóközösségnek jobban eligazodni az alagúteffektushoz kapcsolódó jelenségkörben. Ezzel megkönnyítik a gyakorlati felhasználásokat is, például nanooptikai eszközök létrehozását, vagy akár olyan elektronforrások kialakítását, ahol a kibocsátott elektroncsomag időtartama a másodperc milliomodrészének a milliárdodrésze. Ezek az alkalmazások forradalmasíthatják a fizikai és kémiai kutatásokat, és elvezethetnek az elektronmikroszkópok új generációjának létrehozásához is.

The post A Wigner Fizikai Kutatóközpont új felfedezése az elektronok világában appeared first on Műszaki Magazin.