Le passage des circuits intégrés électroniques à des circuits plus rapides, des circuits optiques plus économes en énergie et sans interférence est l'un des objectifs les plus importants dans le développement des technologies photoniques. Les circuits intégrés photoniques (PIC) sont déjà utilisés aujourd'hui pour la transmission et le traitement de signaux dans les réseaux optiques et les systèmes de communication, comprenant, par exemple, Multiplexeurs d'entrées/sorties de signaux optiques et puces avec un laser à semi-conducteur intégré, un modulateur et un amplificateur de lumière. Cependant, aujourd'hui, les PIC sont principalement utilisés en combinaison avec des circuits électroniques, alors que les dispositifs purement photoniques ne sont pas encore compétitifs.

L'un des défis de la création des PIC est la complexité de fabrication de divers dispositifs (coupleurs de guides d'ondes, diviseurs de puissance, amplificateurs, modulateurs, lasers et détecteurs sur une seule puce), car ils nécessitent des matériaux différents. Les principaux matériaux utilisés dans les PIC existants sont les semi-conducteurs (phosphate d'indium, arséniure de gallium, silicium), cristaux électro-optiques (niobate de lithium), ainsi que divers types de verre.

Afin d'augmenter la vitesse des PIC dans le contrôle du flux lumineux, les chercheurs recherchent de nouveaux matériaux à haute non-linéarité optique. Parmi les matériaux prometteurs, on peut nommer, en particulier, des guides micro-ondes basés sur le matériau nouvellement découvert, le graphène (une couche d'atomes de carbone d'un atome d'épaisseur), dans lequel les concentrations de porteurs de charge peuvent être efficacement contrôlées à l'aide d'un pompage optique ou d'une tension de polarisation appliquée.

Selon Mikhaïl Bakounov, chef du département de physique générale de l'UNN, des travaux théoriques et expérimentaux récents montrent la possibilité de changements de concentration de porteurs ultrarapides (impliquant des périodes de plusieurs périodes de champ lumineux) dans le graphène, ce qui ouvre des possibilités pour manipuler l'amplitude et la fréquence des ondes lumineuses (plasmons) dirigées par la surface du graphène.

"Le développement de modèles physiques pour la description des processus électromagnétiques dans le graphène non stationnaire est d'une grande importance pratique. Il suscite un intérêt accru de la part des chercheurs. L'un des résultats de la recherche en 2018 a été la prédiction dans un certain nombre d'articles de la possibilité d'améliorer (augmenter l'énergie) des plasmons en modifiant la concentration de porteurs en graphène, ce qui est certainement intéressant pour créer de nouveaux appareils, " dit Mikhaïl Bakounov.

Alexeï Maslov, professeur agrégé au département de physique générale de l'UNN, dit, "Notre étude vise à développer les principes physiques du contrôle des photons ultrarapides dans les puces intégrées, en d'autres termes, à l'amélioration des performances des microcircuits et puces utilisés en microélectronique et nanoélectronique."

Des chercheurs du département de physique générale de l'UNN ont développé une théorie de la conversion des ondes lumineuses se propageant à la surface du graphène (une couche d'atomes de carbone d'un atome d'épaisseur), lorsque la concentration d'électrons dans le graphène change avec le temps. Contrairement aux recherches antérieures, l'interaction des électrons avec le champ lumineux est précisément prise en compte. L'un des résultats de l'étude a été d'exclure la possibilité précédemment prédite d'amplifier les ondes lumineuses en modifiant la concentration des électrons. Ainsi, les travaux des scientifiques de l'UNN donnent un nouveau regard sur la dynamique des ondes dans les guides hyperfréquences non stationnaires, contribuant ainsi au développement des PIC.

Les résultats de la recherche ont été publiés dans Optique .