Az ELKH Wigner Fizikai Kutatóközpont (Wigner FK) munkatársai a Széchenyi 2020 program keretében mintegy 440 millió forint támogatásból 20172022 között megvalósult kutatásaik keretében olyan molekulákat és nanooptikai rendszereket vizsgáltak, amelyekkel a jövőben optoelektronikai eszközök kapcsolási sebességét több nagyságrenddel lehet növelni. A projekt keretében kifejlesztett nanooptikai és lézeres mérési módszereknek köszönhetően a kutatók fontos felfedezéseket tettek a lézerfény által irányított elektronok nanométeres tartományban történő mozgásáról, valamint az alkalmazásokban használható molekulák femtomásodperces időskálán történő átalakulásairól. A vezető tudományos folyóiratokban, többek között a Nature Communicationsben, a Nano Lettersben és az Opticában publikált eredmények a későbbiekben újfajta számítástechnikai rendszerek alapjául szolgálhatnak.

A nanooptikai kísérletekhez használt lézerfény előállítása

A számítástechnikában jelenleg használt mikroelektronikai eszközök technológiája elérte a határait. Ez igaz a számítógép-processzorok órajelére, a kapcsolási sebességre és az egy bit tárolására alkalmas memória fizikai méretére is. Az információtárolásra használt doménméret a 100 nanométeres nagyságrendbe esik, a kapcsolás jellemző időtartama ‒ amely meghatározza az eszközök gyorsaságát ‒ pedig jelenleg a másodperc milliomodrészének tízezredrésze.

Logikai műveletek ennél több nagyságrenddel gyorsabb végrehajtásához alapvetően új kapcsolási architektúrákat kell kidolgozni, az új építőelemeknek pedig az információsűrűség növeléséhez szükséges, legfeljebb néhány nanométeres mérettartományban kell lenniük. A Wigner FK három kutatócsoportjában, közöttük két Lendület-csoportban olyan anyagi rendszereket vizsgáltak a kutatók, amelyekkel molekuláris, illetve nanooptikai szinten több nagyságrenddel lehet növelni a kapcsolási sebességet.

A projekt keretében kifejlesztett nanooptikai és lézeres mérési módszereknek köszönhetően a kutatók fontos felfedezéseket tettek a lézerfény által irányított elektronok nanométeres tartományban történő mozgásával, valamint az alkalmazásokban használható molekulák femtomásodperces ‒ a másodperc milliomodrészének milliárdodrésze ‒ időskálán történő átalakulásaival kapcsolatban. Az eredményeket vezető tudományos folyóiratokban, többek között a Nature Communicationsben, a Nano Lettersben és az Opticában publikálták. Az eredmények alapján javaslatokat tettek a megfelelő kapcsolási architektúrák kialakítására, amelyek a nemzetközi kutatói közösség figyelmét is felkeltették.

A Wigner FK munkatársai a kísérletekhez használt lézer beállításán dolgoznak

A kutatóközpont a molekuláris és nanooptikai áramkörökkel kapcsolatos felfedező kutatásaihoz 440,34 millió forint támogatást nyert el a Széchenyi 2020 program keretében, így lehetőség nyílt több korszerű műszer, többek között egy Magyarországon egyedülálló lézerrendszer beszerzésére. Ez az eszköz femtomásodperces pontossággal biztosítja a kísérletekhez szükséges több különböző színű lézerfényt. A projekt ötéves időtartama alatt a műszerbeszerzésen túl nyolc új, versenyképes kutatói álláshelyet is létrehoztak, aminek köszönhetően Dániából, Svédországból és az USA-ból költöztek haza magyar kutatók, illetve egy vezető cseh kutató is a budapesti intézetet választotta munkahelyéül. A támogatásnak köszönhetően hét diplomamunka és négy PhD-fokozat született az Eötvös Loránd Tudományegyetemen, a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetemen, valamint a Pécsi Tudományegyetemen.

Kapcsolható molekulák nanoméretű csomópontokba helyezésével a kutatócsoportok a jövőben olyan speciális eszközöket fejlesztenek, amelyek a lézerfény segítségével már egyszerű logikai műveletek megvalósítására is alkalmazhatók lesznek.