Znajdź zawartość

Grafenowe urządzenia wykorzystane w roli fotodetektorów mogą nawet stukrotnie przyspieszyć łącza internetowe. Do takich wniosków doszedł zespół naukowców z University of Manchester i University of Cambridge, wśród których byli odkrywcy grafenu, Andre Geim i Kostya Novoselov. Uczeni wykazali, że połączenie grafenu z metalicznymi nanostrukturami powoduje, że grafen dwudziestokrotnie lepiej wykrywa światło. Już wcześniej odkryto, że gdy do kawałka grafenu zostaną przymocowane, w niewielkiej odległości od siebie, dwa metalowe przewody, to po oświetleniu całość generuje prąd elektryczny. Co jednak ważniejsze, takie urządzenie pracuje niezwykle szybko, być może nawet 100 razy szybciej niż obecnie wykorzystywane fotodetektory. Dzieje się tak dzięki olbrzymiej mobilności i szybkości elektronów w grafenie. Dotychczas jednak poważną przeszkodą był fakt, że grafen absorbował jedynie 3% światła. Reszta impulsu przechodziła przez materiał nie wywołując żadnej reakcji elektronów. Naukowcy rozwiązali ten problem łącząc grafen z metalicznymi nanostrukturami. Te tzw. plazmoniczne nanostruktury dwudziestokrotnie zwiększyły absorpcję światła przez grafen nie wpływając jednocześnie negatywnie na inne jego właściwości. Naukowcy nie wykluczają, że uda się jeszcze bardziej poprawić właściwości grafenu. Grafen wydaje się naturalnym towarzyszem dla plazmoniki. Spodziewaliśmy się, że plazmoniczne nanostruktury mogą poprawić właściwości grafenu, ale miłym zaskoczeniem był fakt, że poprawa jest tak olbrzymia - mówi doktor Alexander Grigorenko, ekspert ds. plazmoniki. Grafen odkrył zatem przed nami swoje kolejne niezwykłe właściwości. Jak zauważył profesor Andrea Ferrari z Cambridge Engineering Department dotychczas skupiano się na właściwościach grafenu przydatnych w fizyce i elektronice. Teraz widzimy, że jego potencjał można wykorzystać też na polu fotoniki i optoelektroniki, gdzie połączenie unikatowych optycznych i elektronicznych właściwości grafenu z nanostrukturami plazmonicznymi pozwoli na wykorzystanie tego materiału nawet w przypadku braku pasma wzbronionego, w takich zastosowaniach jak fotodetektory czy ogniwa słoneczne.

Dzięki pracom japońskich naukowców kryptografia kwantowa pokonała jedną z ostatnich przeszkód na drodze do upowszechnienia się. Stworzyli oni system, dzięki któremu możliwe jest wykorzystanie kryptografii kwantowej do szyfrowania transmisji wideo. To niezwykle ważny z punktu widzenia praktycznego zastosowania - powiedział Hoi-Kwong Lo, fizyk z University of Toronto. Obecnie wykorzystywane techniki szyfrowania zakładają, że bez znajomości poufnego klucza poznanie treści zaszyfrowanej wiadomości wymaga tak olbrzymich nakładów czasu i mocy obliczeniowych, że odcyfrowanie jej jest niewykonalne. Jednak nigdy nie ma pewności, że podsłuchujący nie dysponuje odpowiednimi zasobami, pozwalającymi mu w krótkim czasie złamać nasze klucze szyfrujące. Dlatego też specjaliści zwrócili się w stronę kryptografii kwantowej. Jest ona o tyle bardziej bezpieczna, że samo odczytanie klucza szyfrującego zmienia jego zawartość. A zatem osoby go używające będą natychmiast wiedziały, że są podsłuchiwane, chociaż teoretycznie - o czym informowaliśmy - możliwe jest również podsłuchanie i takiej transmisji. Poważnym problemem stojącym na przeszkodzie w upowszechnieniu się kryptografii kwantowej była prędkość działania tego typu systemów - zbyt mała, by nadawały się do większości zastosowań. Rozwiązaniem może być najnowsza propozycja Toshiby. Japończycy zastosowali zmodyfikowane półprzewodnikowe fotodiody lawinowe. Gdy do takiej diody dotrze foton, powoduje on powstanie lawiny wyładowań elektrycznych. Tworzenie się takiej lawiny zajmuje jednak sporo czasu, co znacząco ogranicza prędkość pracy detektora. Specjalistom z Toshiby udało się stworzyć diody, które wykrywają mniejsze lawiny niż dotychczas, a zatem działają szybciej. Ponadto same fotodetektory udoskonalono tak, że różnice w długości połączeń optycznych urządzeń nie przekraczały kilku nanometrów. Bez tego cały system zatrzymywałby się co kilka minut, by urządzenia mogły się skalibrować. Dzięki takim działaniom możliwe było przesyłanie kluczy kwantowych na odległość 50 kilometrów z prędkością megabita na sekundę, a cały system pracował nieprzerwanie przez 36 godzin. Dotychczas możliwe było albo wysyłanie kluczy z prędkością kilku kilkobitów na sekundę, albo przyspieszenie do megabita na sekundę, ale wówczas system działał tylko przez kilka minut. Przed specjalistami jest jeszcze sporo pracy. Obecnie bowiem informacja szyfrowana kluczem kwantowym musi być odszyfrowywana i ponownie szyfrowana na każdym węźle sieci, co naraża cały system na atak. Ostatecznym celem ekspertów pracujących nad kryptografią kwantową jest doprowadzenie do splątania pomiędzy urządzeniami osób przesyłającymi sobie kwantową wiadomość. To dałoby pewność, że tylko odbiorca będzie w stanie ją odszyfrować. Jednak by tak bezpieczna sieć powstała najpierw muszą zostać skonstruowane regeneratory sygnału (wtórniki). Bez nich komunikacja kwantowa jest bezpieczna tylko pomiędzy węzłami sieci. Same węzły mogą zostać zaatakowane. I, jak zauważa Masahide Sasaki z japońskiego Narodowego Instytutu Technologii Informacyjnej i Komunikacji, który pracował nad nowym systemem, im doskonalsze urządzenia znajdą się w węzłach, tym łatwiej będzie je zaatakować.

Inżynierowie Intela zaprezentowali rekordowo wydajny krzemowy fotodetektor. Urządzenie, pracujące z częstotliwością 340 GHz to kolejne znaczące osiągnięcie na polu krzemowej fotoniki. Po raz pierwszy w historii krzemowa fotonika osiągnęła większą wydajność, niż urządzenia fotoniczne oparte na pierwiastkach z grup III i IV, w tym przypadku większą niż fosforek indu - mówi Mario Paniccia, dyrektor intelowskiego laboratorium, w którym powstał fotodetektor. Rozpoczynając nasze prace, założyliśmy, że chcemy stworzyć krzemowe urządzenie o wydajności sięgającej co najmniej 90% wydajności urządzeń zbudowanych z egzotycznych pierwiastków. A udało nam się zbudować urządzenie o wydajności większej, niż taka, jaką można osiągnąć za pomocą fosforku indu - dodaje. Urządzenia zbudowane z krzemu będą wielokrotnie tańsze niż te wykorzystujące egzotyczne pierwiastki. Paniccia wierzy, że z czasem całą fotonikę będzie można przestawić na krzem. Wyjątkiem będą lasery, które wymagają niewielkich ilości germanu. Krzemowe urządzenia fotoniczne znajdą zastosowanie nie tylko w sieciach telekomunikacyjnych, ale również w komputerach optycznych, systemach działających na podczerwień czy aparatach fotograficznych.

John Rogers, naukowiec z University of Illinois at Urbana-Champaign, skonstruował półkolisty elastyczny układ elektroniczy, który działa podobnie do ludzkiego oka i przybliża nas do momentu, w którym powstanie sztuczne oko. Obecnie wykorzystywane soczewki mają również mają półkolisty kształt, jednak rzutują obraz na płaską powierzchnię, co powoduje zniekształcenia. Dlatego też np. w aparatach fotograficznych wykorzystywany jest cały zestaw soczewek, których zadaniem jest eliminacja wspomnianych zniekształceń. To powoduje, że całość jest duża i droga. Tymczasem ludzkie oko korzysta tylko z jednej soczewki, która przekazuje dalej obraz bez zniekształceń. Dzieje się tak, gdyż obraz rzutowany jest na zagiętą powierzchnię za soczewką. Naukowcy od dawna próbowali powtórzyć taki schemat, ale nie dysponowali materiałami, które można by zginać bez obawy o ich uszkodzenie. Zespół Rogersa wykorzystał matrycę z krzemowych fotodetektorów, połączonych metalowymi kablami. Całość zatopiono w polidwumetylosiloksanie, co z jednej stroni chroni matrycę przed uszkodzeniem, a z drugiej - pozwala na nadanie jej odpowiedniego kształtu. Obecnie światłoczuły element Rogersa składa się z 256 pikseli, jednak ich liczbą można bardzo łatwo zwiększyć. Olbrzymią zaletą wynalazku amerykańskich uczonych jest fakt, że urządzenia go wykorzystujące można produkować przy użyciu obecnie wykorzystywanych technik.