Высокоэффективные микропроцессоры, регулирующие потоки фотонов, а не электронов, обещают повысить производительность компьютеров в тысячу раз, потому что скорость движения электронов несравнимо меньше скорости света. Проблема в том, что в отличие от обычных электронных микропроцессоров, фотонные компоненты трудно сделать миниатюрными из-за сложностей с поворотом светового потока под прямым углом. Учёные решили применить плазмонные компоненты, которые позволяют воспользоваться уникальным колебательным взаимодействием фотонов и электронов на поверхности металла.

К сожалению, плазмонные структуры слишком сильно нагреваются, и для их охлаждения невозможно использовать обычные вентиляторы. Для этого необходима специальная система охлаждения, работающая в масштабах фотонного чипа – имеющего размеры меньше одной миллиардной доли метра. Это одна из причин, по которой оптические транзисторы долгие годы считались непригодными к использованию. Этим также объясняется, почему возник такой ажиотаж вокруг открытия российских учёных, предложивших новый метод охлаждения фотонных компонентов.

Оптоэлектроника уже давно стала важнейшей областью исследований для таких компаний, как Oracle и IBM. Не удивительно, что американское Управление перспективных оборонных исследований DARPA также активно занимается оптоэлектронными исследованиями.

В чём тут проблема? Чтобы смонтированные на чипе оптико-электронные устройства могли работать с потоками световых волн, они должны иметь огромные размеры, что лишает технологию всех преимуществ. Однако, можно заставить свет перемещаться в меньших по размеру волноводах путём преобразования его в поверхностные плазмонные поляритоны — электромагнитные волны, которые распространяются под воздействием фотонов на поверхности металла и диэлектрических слоев чипа. Но это может привести к перегреву. Российские исследователи утверждают, что их метод, опубликованный на этой неделе в журнале ACS Photonics, позволяет значительно ограничить повышение температуры.