התקדמות בטרנזיסטור אופטי – הטיית קרני אור ע”י מוליך-למחצה

ההתקדמות המדעית הזו תוכל לשמש, פוטנציאלית, להכנת טרנזיסטורים הפועלים על אור במקום על זרם חשמלי

פיסיקאים הצליחו לשלוט בכיוון אלומת אור באמצעות מוליך-למחצה דקיק במיוחד. ההתקדמות המדעית הזו תוכל לשמש, פוטנציאלית, להכנת טרנזיסטורים הפועלים על אור במקום על זרם חשמלי.

גלי אור מסוגלים להתנודד בכיוונים שונים – ממש כמו מיתר המסוגל להתנודד מעלה ומטה או שמאלה וימינה – בהתאם לכיוון הנבחר. תופעה זו קרויה קיטוב אור. פיסיקאים באוניברסיטה הטכנולוגית של וינה הצליחו עתה לפתח שיטה לשליטה ולתפעול של קיטוב האור באמצעות שכבות דקיקות במיוחד של חומר מוליך-למחצה.

מחקר זה מהווה צעד חשוב קדימה למחקר עתידי בנוגע לאור וליכולת הקיטוב שלו– ופריצת דרך זו תוכל אפילו לזמן אפשרויות לפיתוח טכנולוגית מחשבים חדשנית לחלוטין. ניתן להתייחס לניסוי כגרסה האופטית של טרנזיסטור אלקטרוני. ממצאי המחקר פורסמו בכתב-העת המדעי Physical Review Letters.

כיוון הקיטוב של האור עשוי להשתנות כאשר הוא עובר דרך חומר בשדה מגנטי חזק. תופעה זו מכונה “תוצא פראדיי” (“Faraday effect”). “אולם, עד היום תופעה זו נצפתה בחומרים במידה חלשה במיוחד,” מסביר פרופסור Andrei Pimenov. באמצעות שימוש באורך גל מתאים של קרינת האור ובמוליכים-למחצה נקיים במיוחד המדענים הצליחו לקבל תוצא פראדיי בשיעור הגבוה בסדרי גודל מכל הערכים שנמדדו עד היום.

כעת, גלי האור ניתנים להטיה לכיוונים שרירותיים – ניתן להתאים את כיוון קיטוב האור באמצעות שדה מגנטי חיצוני. באופן מפתיע, שכבה דקיקה במיוחד הקטנה מאלפית המילימטר מספיקה על-מנת להשיג זאת. “שכבות דקיקות כאלו, העשויות מחומרים אחרים, מסוגלות לשנות את כיוון קיטוב האור במעלה אחת בלבד,” מסביר החוקר הראשי. אם בשלב הבא אלומת האור מועברת דרך מסנן קיטוב, המאפשר לאור בעל כיוון קיטוב מוגדר מסוים בלבד לעבור דרכו, אז המדענים יהיו מסוגלים להטות את הכיוון כרצונם.

הבסיס לתופעה מדהימה זו טמון בהתנהגותם של האלקטרונים המצויים במוליך-למחצה. אלומת האור גורמת לריטוטם של האלקטרונים והשדה המגנטי הנוצר מסיט את תנועת הריטוט שלהם. תנועה מורכבת זו של האלקטרונים משפיעה בתורה על אלומת האור ומשנה את כיוון הקיטוב שלה. בניסוי, שכבה של החומר המוליך-למחצה כספית טלוריד הוקרנה ע”י אור בטווח התת-אדום. “לאור יש תדירויות בתחום הטרא-הרץ ואלו התדירויות אשר הדורות העתידיים של מחשבים עשויים לפעול בהן,” מסביר החוקר.

“במשך שנים, קצבי הפעילות של מחשבים לא ממש התגברו מאחר וכבר הגיעו לתחום שבו תכונות החומרים לא משפיעות יותר.” פתרון אפשרי אחד הוא לשלב בין מעגלים חשמליים ורכיבים אופטיים. בטרנזיסטור, הרכיב הבסיסי בתחום האלקטרוניקה, מעגל חשמלי נשלט ע”י אות חיצוני. בניסוי הנוכחי, אלומת אור נשלטת ע”י שדה מגנטי חיצוני. שני הרכיבים דומים במיוחד. “אנו יכולים לכנות את המערכת שלנו בשם טרנזיסטור אור,” מציין החוקר הראשי.
הידיעה על המחקר