Команда европейских исследователей продемонстрировала первые коммерчески применимые плазмонные (плазмоны – квазичастицы колебаний свободных электронов) устройства, прокладывая тем самым путь к новой эре высокоскоростных коммуникаций и вычислений, где электронные и оптические сигналы передаются одновременно. Передовые разработки, которые воплотятся в конечные продукты в течение следующего десятилетия, применяют для передачи сигналов по тем же металлическим электрическим цепям возмущения поверхностных плазмонов и возникающие в результате поляритоны (поляритон – это квазичастица, появляющаяся при взаимодействии электромагнитных волн и возбуждений среды). Обычные же электронные системы, как известно, базируются на токе электронов, а фотоны используются в оптических системах.

Технология плазмонов объединяет преимущества оптоволокна с высокоскоростной передачей данных и компактные габариты микроэлектронных компонентов. Она обещает появление компьютерных чипов со сверхвысоким быстродействием. Как объясняет исследователь Королевского университета Белфаста (The Queen's University of Belfast) Анатолий Заяц (Anatoly Zayats), за последние пять лет стало возможным создание оптического чипа, но со всеми остальными оптическими компьютерными элементами система будет занимать объём полметра на полметра и потреблять огромное количество энергии. С плазмоникой можно уложиться в габариты обычного ПК, обладающего при этом оптическим быстродействием. Тем не менее, до сих пор инновационные устройства были ограничены слишком короткими дистанциями распространения плазмонных сигналов. Именно эту проблему решила команда Зайца.

В основе плазмонной передачи данных лежат колебания электронной плотности на границе двух материалов: непроводящей плазмы или полимера и металлической поверхности. Возбуждая электроны световым излучением возможно распространить высокочастотные волны плазмонов по металлическому проводнику или волноводу. Но во многих случаях сигнал разрушается после нескольких микрометров – слишком короткой дистанции для соединения, например, компьютерных чипов. Исследователи проекта Plasmocom предложили инновационное решение, разрабатывая плазмонно-поляритонные волноводы с поверхностью из диэлектрика (dielectric-loaded surface plasmon polariton waveguides, DLSPPW). Формируя слой из полимерного (полиметилметакрилат) диэлектрика на золотой плёнке, расположенной на стеклянной подложке, учёным удалось получить волноводы 500-нм длины с увеличенным распространением сигналов.

Затем группа смогла реализовать целый ряд плазмонных устройств, включая Y-сплиттеры и кольцевой резонатор – ключевые части мультиплексоров ввода/вывода (add-drop multiplexers, ADM) в оптических сетях, которые объединяют и разделяют потоки данных на единичные сигналы. Тогда как нынешние коммерческие кольцевые резонаторы имеют радиус до 300 мкм, у плазмонных аналогов этот показатель составляет всего 5 мкм. По словам Зайца, устройства практически на 100% совпали с моделями и показывают отличные характеристики. К тому же, сохраняется потенциал дальнейшего уменьшения размеров.

Что важно, технология Plasmocom позволяет создавать устройства с применением распространённых литографических техпроцессов. "Другие группы добились таких же или даже лучших результатов, но используемые ими процессы обычно очень комплексны и сложны для воспроизведения в промышленном масштабе, - поясняет Заяц. – Наша технология не самая компактная, но она ближе к рынку". В настоящий момент партнёр исследователей французский чипмейкер Silios Technologies составляет план коммерциализации, который подразумевает самостоятельное производство плазмонных компонентов или лицензирование технологии одному из гигантов индустрии. По словам Зайца, интерес к разработке проявляют как академические круги, так и игроки рынка, в том числе NEC и Panasonic.