Физики нашли способ создать лазер толщиной в сотни раз меньше человеческого волоса

Ученые Московского физико-технического института (МФТИ) с коллегами из Великобритании разработали подход, который позволит производить лазеры размером в сотни раз тоньше человеческого волоса. Разработка позволит мгновенно передавать информацию в микропроцессорах будущего, сообщили в среду в пресс-службе вуза.

"Ученые из МФТИ и Королевского колледжа Лондона устранили ограничение на пути к созданию инжекционных нанолазеров для интегральных схем. Предложенный исследователями подход дает возможность производить лазеры, размеры которых не только в сотни раз меньше толщины человеческого волоса, но и меньше длины излучаемого ими света. Они позволят наладить сверхбыструю передачу информации в многоядерных микропроцессорах ближайшего будущего", - сообщили в пресс-службе.

Современный интернет держится на оптоволоконных линиях, но свет мог бы работать внутри процессора компьютера, смартфона и других устройств. Для этого нужно соединить оперирующие электрическими сигналами компоненты - например, ядра процессора - оптическими коммуникационными линиями, работающими исключительно со светом. Это позволит почти мгновенно передавать большие объемы информации внутри чипа.

"Устранение ограничения на передачу информации поможет дальше наращивать производительность процессора прямо пропорционально количеству ядер. Можно будет создать 1000-ядерный процессор, который практически в 100 раз быстрее 10-ядерного. Это, в свою очередь, откроет дорогу к настоящим суперкомпьютерам на одном чипе", - сказал ведущий автор исследования Дмитрий Федянин, слова которого приводятся в сообщении.

Главная сложность заключается в том, что соединить оптику и электронику требуется на микроуровне. Для этого размеры оптических компонентов не должны превышать сотен нанометров. Встроенные в чипы лазеры, без которых преобразование информации из электрической формы в оптическую невозможно, должны быть столь же миниатюрны.

Новый подход

Существующие технологии, как пояснили в МФТИ, уже позволяют создавать наноразмерные плазмонные лазеры. Однако их требуется освещать другим - большим и мощным - лазером. Такая технология удобна для экспериментов в лаборатории, но не для практического применения. По-настоящему массовые и пригодные для реальных задач микросхемы должны содержать сотни нанолазеров и работать на обычных печатных платах.

Для практического применения нанолазеру нужно работать "от батарейки", то есть, от электрической накачки. Такие нанолазеры называются инжекционными. Однако пока достижения в этом направлении ограничивались лишь образцами, работающими при очень низких температурах. Физики из МФТИ и Королевского колледжа Лондона предложили отказаться от традиционных схем электрической накачки нанолазеров.

"Благодаря нашей схеме накачки инжекционный лазер может быть уменьшен до действительных наноразмеров, сохраняя возможность работы при комнатной температуре. При этом, в отличие от других инжекционных нанолазеров, излучение эффективно выводится в фотонный или плазмонный волновод, что позволяет использовать нанолазер в интегральных схемах", - добавил Федянин.

Исследователи отмечают, что, несмотря на наноразмеры, расчетная выходная мощность их лазера превышает 100 микроватт, что сопоставимо с мощностью фотонных лазеров гораздо большего размера. Каждый нанолазер может быть использован для передачи сотен гигабит информации в секунду, что позволит устранить одно из наиболее сложных ограничений на пути к еще более производительным компьютерам.

Исследование, результаты которого опубликованы в журнале Nanophotonics, поддержано грантом Российского фонда фундаментальных исследований.