Nanoanténa s kvantovými tečkami. Kredit: Duke University.

Celý polovodičový průmysl se v dnešní době snaží přestoupit z elektronů na fotony, které by velmi zrychlily výpočty v čipech. Vývojáři už předvedli prakticky všechna potřebná zařízení pro fotoniku, až na jednu podstatnou výjimku – emitory. Potíž je v tom, že standardní emitory, totiž lasery, se s křemíkovými čipy zrovna moc nesnesou. V současnosti je v běhu výzkum celé řady metod, které by tenhle problém vyřešily, objevují se ale i převratné nápady.

Maiken Mikkelsenová (uprostřed). Kredit: Duke University.

Inženýři Dukeho univerzity navrhují zapomenout na lasery a využít nanoflíčkové plazmonické antény (nanopatch plasmonic antennas, NPA). Vyvinuli hybridní zařízení s nanoflíčkovými plazmonickými anténami a nanotečkami, které komunikuje na 90 gigahertzích.

Podle šéfa výzkumu Maiken Mikkelsenové mají typické emitory, jako jsou molekuly, kvantové tečky (quantum dots) nebo kvantové jámy (quantum wells) pomalé spontánní emise, které trvají 1 až 10 nanosekund. Tým Mikkelsenové oproti tomu předvedl, že jejich nanoflíčkové plazmonické antény s kvantovými tečkami umějí ultrarychlé spontánní emise, trvající méně než 11 pikosekund.

Nanoanténa v transmisním elektronovém mikroskopu (modře), obklopená kvantovými tečkami (červeně). Kredit: Duke University.

Jak jejich nanoantény vypadají? Jsou to nanokostky ze stříbra, které sedí na tenkém zlatém filmu o tloušťce 20 atomů, od něhož je odděluje vrstvička polymeru obsahujícího spoustu koloidálních kvantových teček. Takto uspořádané struktury zvyšují rychlost spontánních emisí 880 krát a intenzitu fluorescence dokonce 2 300 krát. Kromě ultrarychlých spontánních emisí je prý také možné tyto nanoantény jemně vyladit na přesné telekomunikačních frekvence – úpravou velikosti nanokostek stříbra a tloušťky polymerové vrstvy.

Schéma nanoflíčkové plazmonické antény. Kredit: Hoang et al. Nature Comm. (2015).

Velikou výhodou nanoflíčkových plazmonických antén je, že mají jen nepatrnou spotřebu energie – pouhých pár attojoulů. Ve skutečnosti spotřebují mnohem méně energie než lasery, takže se méně zahřívají a méně zatěžují zdroj energie pro zařízení, v němž by křemíkový čip s nanoanténami fungoval. Badatelé věří, že s pomocí nanoantén překonají zbývající překážky, které brání integraci fotoniky s tradiční elektronikou.



Literatura
EE Times 27. 7. 2015, Nature Communications 6: 7788, Wikipedia (Quantum dots, Patch antenna)