Chứng minh thành công trên nguyên tắc: Transistor ánh sáng

Ánh sáng có thể dao động theo những phương khác nhau, như chúng ta có thể thấy trong rạp chiếu phim 3D: Mỗi bên kính mà bạn đeo chỉ cho phép ánh sáng có phương dao động nhất định truyền qua. Tuy nhiên, muốn làm đổi phương phân cực của ánh sáng mà không làm thất thoát đáng kể là chuyện khó. Các nhà nghiên cứu tại trường Đại học Kĩ thuật Vienna ở Áo vừa lập được kì công này, họ sử dụng một loại ánh sáng có tầm quan trọng công nghệ đặc biệt gọi là bức xạ terahertz. Đặt một điện trường lên một lớp mỏng vật liệu có thể làm đổi phương phân cực của chùm tia sáng như yêu cầu. Từ đây tạo ra một transistor hoạt động với ánh sáng và có thể thu nhỏ và dùng để chế tạo máy tính quang học.

Phương dao động của sóng ánh sáng bị thay đổi khi nó truyền qua một lớp mỏng vật liệu đặc biệt.

Ánh sáng quay phân cực – hiệu ứng Faraday

Những vật liệu nhất định có thể làm quay phương phân cực của ánh sáng nếu có một điện trường đặt vào chúng. Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng Faraday. Thông thường, hiệu ứng này là hết sức nhỏ. Cách đây hai năm, giáo sư Andrei Pimenov và đội khoa học của ông tại Viện Vật lí Chất rắn thuộc trường Đại học Kĩ thuật Vienna, cùng với một nhóm nghiên cứu đến từ Đại học Würzburg, đã thu được hiệu ứng Faraday cỡ lớn khi họ cho ánh sáng truyền qua màng hạt nhỏ mercury telluride đặc biệt và tác dụng một điện trường.

Lúc ấy, hiệu ứng chỉ có thể điều khiển được bằng một cuộn dây từ tính ngoài, nhưng nó có những nhược điểm kĩ thuật đáng kể. “Nếu dùng nam châm điện để điều khiển hiệu ứng thì cần những dòng điện rất lớn,” Andrei Pimenov giải thích. Nay, việc chuyển sang bức xạ terahertz giúp họ thu được điện thế chưa tới 1 volt. Như vậy, hệ sẽ đơn giản nhiều và hoạt động nhanh hơn.

Tuy nhiên, vẫn cần một từ trường để làm quay phương phân cực của ánh sáng, nhưng độ lớn của từ trường không còn xác định độ lớn của hiệu ứng nữa, mà tùy thuộc lượng electron tham gia trong quá trình, và lượng này có thể được nắn một cách đơn giản bởi điện thế. Vì thế chỉ một nam châm vĩnh cửu và một nguồn điện áp là đủ cho khâu điều khiển.

Bức xạ terahertz

Ánh sáng dùng trong thí nghiệm tại Vienna là ánh sáng không nhìn thấy: nó là bức xạ terahertz có bước sóng vào cỡ 1 mm. “Tần số của bức xạ này bằng với tần số xung đồng hồ mà thế hệ máy vi tính tiếp theo [trong tương lai] có lẽ có thể đạt tới,” Pimonov giải thích. “Các bộ phận của máy vi tính ngày nay, trong đó thông tin được truyền chỉ dưới dạng tín hiệu điện, không thể được cải thiện về cơ bản. Việc thay thế những dòng điện này bằng ánh sáng có thể mở ra cả một trời cơ hội mới.” Không phải chỉ có những máy vi tính thế hệ mới như giả định được hưởng lợi với việc có thể điều khiển các chùm bức xạ một cách chính xác bằng cơ chế quay ánh sáng vừa được phát triển: bức xạ terahertz ngày nay được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau, ví dụ trong các phương pháp ghi ảnh trong kĩ thuật an ninh ở sân bay.

Transistor quang học

Nếu cho ánh sáng truyền vào một bộ lọc phân cực, thì tùy thuộc vào phương phân cực, hoặc nó được phép truyền xuyên qua, hoặc bị chặn lại. Vì thế, hướng quay của chùm tia sáng (và do đó là hướng điện trường đặt vào) xác định một tín hiệu ánh sáng có được gửi qua hay là bị chặn lại. “Đây là nguyên tắc rất căn bản của transistor,” Pimenov giải thích. “Việc tác dụng một điện áp ngoài xác định dòng điện có chạy qua hay không, và trong trường hợp của chúng tôi, điện áp xác định ánh sáng có tới nơi hay không.” Phát minh mới, do đó, là một tương tương của transistor điện tử.

Nguồn: AU Technology