Cesta k optickým počítačům. A dál...

Příspěvek jste mohli slyšet v magazínu Nula-jednička. Další témata: We live in public, film o vizionáři internetu (O. Timoner), Elektrokardiogram na dálku a skener mozku (B. Olofsdotter, S. Ericsson, M. Truedsson, repr.), Futurologické okénko: netradiční ovládání počítače (J. Donát), Četba - Pavel Urban: Artefakt (repr.).

Padesát let po sestrojení prvního laseru (r. 1960) přichází první nanolaser, který pracuje v oboru viditelného světla. Je zajímavé, že nanolaser měří v průměru jen asi 44 nanometrů, což je méně než desetina vlnové délky koherentního světla, které generuje. Ta činí 525 nanometrů. Tento nanolaser je dalším slibným krokem ke stavbě fotonických a nanofotonických obvodů a také počítačů. V nich budou místo elektronů předávat signály mnohem rychlejší fotony, částice světla.

Nové přístrojové součástce, která není tak úplně obyčejným laserem, se říká SPASER podle zkrácené podoby názvu Surface Plasmon Amplification by Stimulated Emission of Radiation. Plazmony jsou kvanta oscilací či kmitů v plazmě čili ve shlucích elektronů. Tyto oscilace se chovají podobně jako částice. Podobným jevům v pevných látkách, kdy je ve hmotě přítomen nějaký vybuzený stav, se říká souhrnně kvazičástice. Zmíněný nanolaser funguje tak, že místo fotonů jsou v něm na laserovém principu zpětné vazby zesilovány povrchové plazmony. Až na konci procesu jsou plazmony konvertovány do fotonů viditelného světla. Díky tomu může být tato součástka tak malá.

Spaser vyvinula nanotechnologická laboratoř na Purduově univerzitě v americké Indianě ve spolupráci s odborníky z Norfolské univerzity ve Virginii a z Cornellovy univerzity. Jak vypadá struktura součástky? Kolem zlatého jádra o průměru 14 nanometrů se rozkládá kulová (sférická) křemenná obálka o tloušťce 15 nanometrů. Ta je pak obklopena další obálkou obohacenou speciálním zeleným barvivem. Kulička se osvítí běžným světlem, zlaté jádro vygeneruje plazmony a ty jsou dále zesíleny a konvertovány materiálem barviva. Výzkumníci chtějí spaser modifikovat tak, aby ho bylo možné aktivovat místo světlem elektrickým proudem.

Barevné schéma a) ukazuje strukturu nanolaseru. Obrázky b) a c) nasnímané elektronovým mikroskopem ukazují reálnou velikost křemenné obálky a celé součástky. Obrázek d) ilustruje funkci spaseru (zařízení emituje viditelné světlo o vlnové délce 525 nm).|foto: Birck Nanotech. Center, Purdue University

Dosavadní lasery není možné integrovat do mikroelektronických respektive fotonických obvodů té nejjemnější struktury. Tento spaser toho ale schopen bude. Kromě využití ve výpočetní technice slibuje spaser také vytvoření velmi citlivých senzorů a tzv. hyperčoček do speciálních mikroskopů, se kterými bude možné pozorovat např. nukleové kyseliny DNA. Do červené krvinky by se vešlo milion těchto sférických součástek. Teoretický koncept spaseru pochází už z r. 2003.