Золото гасит волны

Качественное развитие микроэлектронной промышленности и сферы телекоммуникаций связано с изучением физиками терагерцевого (ТГц) диапазона. Терагерцевые частоты в отличие от широко используемых СВЧ за счет большей частоты излучения потенциально способны передавать больший объем данных (порядка Тбит/с), на что сегодня нацелены разработчики систем беспроводной связи поколения 6G. Также ТГц-частоты позволяют выполнять вычисления с высокой скоростью, а это в будущем может повысить производительность процессоров в сотни раз.

Использование поверхностных плазмон-поляритонов (ППП), которые представляют собой комплекс связанных колебаний поверхностной электромагнитной волны и волны зарядов на поверхности проводника, позволяет преодолеть ограничения микроэлектроники за счет объединения ее с фотоникой. Плазмонные компоненты, носителями информации в которых выступают ППП, являются основными элементами систем связи терагерцевого диапазона частот.

Во всем мире идет активное изучение свойств и возможностей ППП на различных материалах и структурах. Специалисты Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) в своем исследовании, проведенном на Новосибирском лазере на свободных электронах (НЛСЭ), раскрыли причину отличия расчетной длины распространения ППП на металле от измеренной. Оказалось, что все дело не столько в омических потерях ППП в приповерхностном слое металла, по которому они «бегут», как считалось ранее, сколько в рассеянии ППП на его оптических неоднородностях и шероховатостях.

Специалистам ИЯФ СО РАН удалось провести ряд экспериментальных исследований зависимости затухания ППП на золоте от длины волны излучения в широком диапазоне ТГц-частот (0,8–6 ТГц). Физики показали, что основной причиной отличия расчетной и измеренной длины распространения ППП на металле является рассеяние ППП на оптических неоднородностях приповерхностного слоя проводника, в данном случае золота.

«Плазмон – это фактически колебания ансамбля свободных электронов (в металле), а поляритон – это фотон, квант электромагнитного излучения. Получается, что плазмон-поляритон – это связанный комплекс из классической электромагнитной волны и волны зарядов, который не излучается поверхностью в пространство, а двигается вдоль нее, – прокомментировал старший научный сотрудник ИЯФ СО РАН кандидат физико-математических наук Василий Герасимов. – Прилегая к поверхности проводника, такая волна на очень небольшую глубину (порядка десятка нанометров) проникает в материал. Поэтому характеристики плазмон-поляритонов, а значит, и энергоэффективность плазмонных схем, качество и скорость передаваемой с их помощью информации, сильно зависят от оптических свойств приповерхностного слоя материала и его покрытий, из которых делаются плазмонные интегральные схемы».

«Полученная информация и разработка теоретических моделей очень важны, так как, не учитывая радиационные потери и специфику поверхности металла, можно будет сильно ошибиться в расчетах при проектировании плазмонных интегральных схем», – добавил Василий Герасимов.

По информации пресс-службы ИЯФ СО РАН