Российские ученые предполагают, что перспективным материалом для
создания оптических компьютеров могут оказаться ... биомолекулы.
Одно из возникших относительно недавно направлений нанотехнологии - создание так называемых
фотонных кристаллов. Подобно тому как в обычных кристаллах тот или иной тип упорядоченного
расположения атомов приводит к определенному виду энергетического спектра электронов в кристалле, в
фотонном кристалле за счет периодического изменения показателя преломления должна происходить
модификация закона дисперсии для фотонов. В частности, в фотонном кристалле должна возникать
"запрещенная зона", т.е. фотоны с определенными энергиями не должны распространяться внутри
кристалла.
Большие усилия прилагались к созданию фотонных кристаллов на основе полупроводниковых
гетероструктур. Определенные успехи в этом направлении были достигнуты, например, с помощью
молекулярно-лучевой эпитаксии и литографии были созданы "фотонные аналоги" одноатомной цепочки -
многослойные "столбики", соединенные "перемычками". В таких структурах удалось наблюдать
изменение скорости распространения электромагнитных возбуждений, являющееся следствием
модификации закона дисперсии, а также появление запрещенной зоны. Однако для практических
приложений важно реализовать ситуацию, когда распространение фотонов с определенной энергией
невозможно во всех трех направлениях. Эта задача очень сложна, и пока не удалось добиться успеха в
создании трехмерных фотонных кристаллов на основе полупроводниковых гетероструктур.
В настоящее время наиболее технологичным и привлекающим наибольшее внимание ученых
вариантом трехмерного фотонного кристалла является матрица из шариков опала (SiO2)
диаметром в несколько сотен нанометров, "собранных" в плотноупакованный кубический кристалл.
Пространство между шариками может быть заполнено под давлением веществом со значительно
отличающейся от опала диэлектрической проницаемостью.
Одной из важнейших целей работ по созданию и исследованию свойств фотонных кристаллов
является создание оптических компьютеров. Продолжая аналогию между обычными и фотонными
кристаллами, постараемся понять, как можно построить оптический компьютер на основе фотонных
кристаллов. Как обычный полупроводник имеет запрещенную зону для электронов, так фотонный
кристалл имеет запрещенную зону для фотонов. Дефекты в фотонном кристалле создают локализованные
состояния фотонов в запрещенной зоне, что аналогично легированию полупроводника. Соответственно, и
в фотонных кристаллах можно сформировать структуры, подобные диоду и транзистору, которые будут
базовыми элементами оптического компьютера. Поскольку фотоны перемещаются гораздо быстрее
электронов в полупроводнике, то оптические компьютеры сулят значительный выигрыш в
быстродействии по сравнению с существующими сейчас.
Недавно сотрудники московских научных центров "ОПАЛОН" и "ТЕХНОМАШ" опубликовали
работу, нацеленную на создание сверхбыстродействующих оптических компьютеров. Причем работа
посвящена не опаловым фотонным кристаллам, а другому веществу - бактериородопсину. В результате
исследований российские ученые обнаружили у него множество свойств, которые могут пригодиться в
оптоэлектронике и электронике. В частности, структура вещества и вместе с ней оптические свойства
изменяются под действием электрического поля и освещения светом с разной длиной волны. Обнаружена
и оптическая запрещенная зона, что позволяет включить этот материал в число кандидатов на
строительство оптического компьютера.
Источник информации - бюллетень ПерсТ, выпуск 24 за 2002 г.