Группа исследователей нашла способ реализации в кремнии крошечного лазера, что открывает возможности интеграции фотонных элементов на кремниевые чипы и позволит создать фотонные и электронно-фотонные процессоры для компьютеров следующих поколений.
Об этом сообщает weua.biz
За последние годы ученые разработали целый ряд видов реализации крошечных лазеров, которые можно интегрировать в кремниевые чипы. Но все эти лазеры были изготовлены из сплава олова-германия, арсенида галлия и других соединений, вызывает ряд определенных трудностей и делает нецелесообразным процесс массового производства этих элементов.
Для создания кремниевого миниатюрного лазера нужны были усилия достаточно многочисленной группы ученых, в которую входили ученые из гонконгского университета Науки и технологий (Hong Kong University of Science and Technology), Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, Национальной лаборатории Сандиа и Гарвардского университета. Первым шагом, которые сделали ученые, стала методика выращивания кремния, при которой количество дефектов в кристаллической решетке этого материала было сведено к минимуму. Это было достигнуто за счет создания на поверхности монокристаллической подложки кремниевых наноструктур, процесс выращивания которых позволил минимизировать количество дефектов, что, в свою очередь, гарантирует надежное удержание электронов в пределах создаваемых шаблонов квантовых точек.
Созданные кремниевые нанолазер используют сейчас оптическая накачка — процесс, в котором свет применяется для перевода электронов с более низкого в более высокое энергетическое состояние. И во время обратного перехода электрона в более низкое состояние он излучает фотон света с определенными характеристиками, а устройство в целом действует как микроскопический лазер.
Обычные полупроводниковые лазеры, используемые в электронной технике, имеют размеры минимум 1х1 мм. При дальнейшем уменьшении размеров кристалла лазера в нем возникают существенные энергетические потери, связанные с несоответствием размеров кристалла (волновода) и длины волны излучаемого света. Новые лазеры имеют размер около одного микрона, они меньше обычных лазеров в 1000 раз, а их площадь меньше площади обычных лазеров в миллион раз. Такое сокращение размеров лазера стало возможным за счет использования так называемого эффекта галереи, шепчет, — эффекта распространения акустических волн вдоль внутренней поверхности круглой или сферической структуры. Только в данном случае этот эффект был применен по отношению к волнам света.
Cледующим шагом, который намерены сделать ученые, станет создание аналогичного лазера с электрическим накачкой. Это позволит изготавливать чипы с такими лазерами с помощью традиционных методов производства полупроводниковых чипов и микроэлектроники. А это, в свою очередь, позволит создать быстродействующие процессоры, внутри которых данные будут передаваться не с помощью электрических сигналов, а с помощью фотонов света.