Ученые из Соединенных штатов разработали новый тип интегральных схем, которые способны управлять световыми импульсами, не преобразуя их в электрические сигналы.

В таких схемах свет трансформируется в квазичастицы – экситоны, представляющие собой связанные электронно-дырочные пары.

При поглощении фотона в полупроводнике образуется электронно-дырочная пара, которая мигрирует в материале, пока не произойдет ее рекомбинация с образованием другого фотона. В отличие от фотона, экситоном, состоящим из двух заряженных частиц, можно управлять, прикладывая соответствующее напряжение к полупроводнику. Леонид Бутов (Leonid Butov) и его коллеги из Калифорнийских университетов в Сан-Диего и Санта-Барбаре использовали это свойство для создания первой экситонной интегральной микросхемы (EXIC).

Изготовленный ими прибор состоит из трех идентичных переключателей, размещенных на подложке из арсенида галлия (GaAs). Каждый переключатель содержит два квантовых колодца, расстояние между которыми составляет несколько нанометров. Схема устроена таким образом, что при образовании экситона электрон и дырка занимают соседние квантовые колодцы.

Разделенные таким образом электрон и дырка могут перемещаться вдоль квантовых колодцев на сотни микрометров, прежде чем рекомбинируют на выходе переключателя с образованием фотона. Ученые объединили переключатели в простую схему, имеющую вид трехлучевой звезды. Изменяя напряжение, приложенное к каждому переключателю, они смогли направлять экситоны по одному из ряда возможных путей.

Главным недостатком экситонных интегральных схем на основе арсенида галлия является их низкая рабочая температура – около 40 К. Однако ученые надеются, что им удастся преодолеть это затруднение, подобрав более подходящий материал для изготовления экситонных схем, сообщает PhysicsWeb.