Il passaggio da circuiti integrati elettronici a circuiti più veloci, circuiti ottici più efficienti dal punto di vista energetico e privi di interferenze è uno degli obiettivi più importanti nello sviluppo delle tecnologie dei fotoni. I circuiti integrati fotonici (PIC) sono già utilizzati oggi per la trasmissione e l'elaborazione di segnali in reti ottiche e sistemi di comunicazione, Compreso, Per esempio, Multiplexer I/O di segnali ottici e microchip con laser a semiconduttore integrato, un modulatore e un amplificatore di luce. Però, oggi i PIC sono per lo più utilizzati in combinazione con circuiti elettronici, mentre i dispositivi puramente fotonici non sono ancora competitivi.

Una delle sfide nella creazione di PIC è la complessità della produzione di vari dispositivi (accoppiatori a guida d'onda, divisori di potenza, amplificatori, modulatori, laser e rilevatori su un singolo microchip), poiché richiedono materiali diversi. I principali materiali utilizzati nei PIC esistenti sono i semiconduttori (fosfato di indio, arseniuro di gallio, silicio), cristalli elettro-ottici (niobato di litio), oltre a vari tipi di vetro.

Al fine di aumentare la velocità dei PIC nel controllo del flusso luminoso, i ricercatori sono alla ricerca di nuovi materiali con un'elevata non linearità ottica. Tra i materiali promettenti, si può nominare, in particolare, guide a microonde basate sul materiale appena scoperto, grafene (uno strato di atomi di carbonio dello spessore di un atomo), in cui le concentrazioni di portatori di carica possono essere efficacemente controllate mediante pompaggio ottico o tensione di polarizzazione applicata.

Secondo Michail Bakunov, capo del Dipartimento di Fisica Generale dell'UNN, recenti lavori teorici e sperimentali mostrano la possibilità di variazioni della concentrazione di portatori superveloci (che coinvolgono tempi di diversi periodi di campo luminoso) nel grafene, che apre possibilità per manipolare l'ampiezza e la frequenza delle onde luminose (plasmoni) dirette dalla superficie del grafene.

"Lo sviluppo di modelli fisici per la descrizione dei processi elettromagnetici nel grafene non stazionario è di grande importanza pratica. Causa un maggiore interesse da parte dei ricercatori. Uno dei risultati della ricerca nel 2018 è stata la previsione in una serie di articoli del possibilità di potenziare (aumentare l'energia) dei plasmoni modificando la concentrazione del portatore nel grafene, che è sicuramente interessante per la creazione di nuovi dispositivi, "dice Mikhail Bakunov.

Alexei Maslov, professore associato presso il Dipartimento di Fisica Generale dell'UNN, dice, "Il nostro studio mira a sviluppare i principi fisici del controllo dei fotoni ultraveloci in microchip integrati, in altre parole, a migliorare le prestazioni dei microcircuiti e dei microchip utilizzati nella microelettronica e nanoelettronica."

I ricercatori del Dipartimento di Fisica Generale dell'UNN hanno sviluppato una teoria per la conversione delle onde luminose che si propagano sulla superficie del grafene (uno strato di atomi di carbonio dello spessore di un atomo), quando la concentrazione di elettroni nel grafene cambia nel tempo. A differenza delle ricerche precedenti, l'interazione degli elettroni con il campo luminoso viene presa in considerazione con precisione. Uno dei risultati dello studio è stato quello di escludere la possibilità precedentemente prevista di amplificare le onde luminose modificando la concentrazione di elettroni. Così, il lavoro degli scienziati dell'UNN offre un nuovo sguardo alla dinamica delle onde nelle guide a microonde non stazionarie, contribuendo così allo sviluppo dei PIC.

I risultati della ricerca sono stati pubblicati in ottica .