Новосибирские физики выяснили природу ограничений систем связи в терагерцевом диапазоне

Новосибирск. 2 октября. ИНТЕРФАКС - Специалисты Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) в исследовании, проведенном на Новосибирском лазере на свободных электронах (НЛСЭ), раскрыли причину отличия расчетной длины распространения поверхностных электромагнитно-зарядовых комплексов (плазмон-поляритонов) на поверхности проводника - основных элементов связи терагерцевого диапазона (поколения 6G), сообщает пресс-служба ИЯФ СО РАН.

Поверхностные плазмон-поляритоны (ППП) представляют собой комплекс связанных колебаний поверхностной электромагнитной волны и волны зарядов на поверхности проводника и позволяет преодолеть ограничения микроэлектроники за счет объединения ее с фотоникой.

"Плазмон-поляритон - это связанный комплекс из классической электромагнитной волны и волны зарядов, который не излучается поверхностью в пространство, а двигается вдоль нее. 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", - отмечает старший научный сотрудник ИЯФ СО РАН Василий Герасимов, слова которого приводятся в пресс-релизе.

При этом измеренная длина распространения оказывается на несколько порядков меньше расчетной.

Специалистам ИЯФ СО РАН удалось провести ряд экспериментальных исследований зависимости затухания плазмон-поляритонов 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.

В проведенных исследованиях также было показано, что интенсивные потери можно полностью погасить, нанося на поверхность металла слой диэлектрика толщиной в несколько сотен раз меньше длины волны, причем данная оптимальная толщина растет линейно с увеличением длины волны.

Теперь специалисты НЛСЭ заканчивают следующий этап работы - исследования влияния материала и шероховатости подложки, а также технологии напыления на их поверхность металлических пленок на характеристики плазмон-поляритонов.

НЛСЭ - это масштабная установка, построенная на базе специального ускорителя в ИЯФ, он превосходит все другие источники лазерного излучения в мире в диапазоне длин волн 40-80 и 110-240 микрон. В отличие от обычных лазеров ЛСЭ могут менять длину волны и подстраиваться под резонансные частоты.

Спектр частот терагерцевого излучения расположен между инфракрасным и сверхвысокочастотным диапазонами, проникает через многие материалы, кроме металлов. В отличие от рентгеновского излучения не является ионизирующим.

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.