Российские ученые в 100 раз усилили свечение квантовых точек на кремниевой подложке. Эти структуры широко применяются в микроэлектронике для обработки электронных сигналов. Технологию можно будет использовать для создания чипов нового поколения, способных быстро передавать информацию из компьютера в оптоволоконную сеть. Статья опубликована в журнале Laser & Photonics Reviews.
Ученые из Института физики микроструктур РАН, Сколтеха, Университета ИТМО, Института общей физики РАН и МГУ усилили свечение квантовых точек — фрагментов проводника или полупроводника, носители заряда которого ограничены в пространстве по трем измерениям. Для этого авторы использовали специальные оптические резонаторы, способные «накапливать» электромагнитное излучение. Попав в такой резонатор, световой сигнал исчезает не сразу, а некоторое время копится, набирая силу. Это позволит преодолеть «трудности перевода» электрического сигнала в световой и может существенно ускорить обмен данными между серверами и компьютерами.
Когда источник света недостаточно мощный, используются резонаторы, которые усиливают падающее излучение внутри их объема, эффективно накапливая фотоны. Недавно стали активно использоваться оптические резонаторы на основе связанных состояний в континууме. Эффективное удержание света внутри резонатора происходит из-за того, что симметрия электромагнитного поля внутри него не соответствует симметрии электромагнитных волн окружающего пространства. В микроэлектронике для обработки электронного сигнала используются специальные кремниевые структуры, на которых расположены квантовые точки германия. Они излучают свет в диапазоне, в котором передается информация по оптоволокну. Однако яркости квантовых точек часто бывает недостаточно, чтобы закодировать и передать данные. Новый метод позволил усилить свечение квантовых точек более чем в 100 раз.
«Это достигается за счет того, что хорошо известный закон полного внутреннего отражения неприменим к структуре с неплоскими границами, подобно тому как неприменим этот закон при отражении света от поверхности компакт-дисков, которые из-за этого видны в переливающихся цветах радуги. В случае со структурой с квантовыми точками можно использовать похожий эффект и при помощи правильного дизайна фотонно-кристаллической решетки приручить свет и сделать фотолюминесценцию очень яркой», — рассказывает соавтор исследования Сергей Дьяков.
Пока даже такое повышение эффективности не дает достаточно яркого свечения, однако ученым удалось показать саму перспективу оптимизации их работы за счет оптических резонаторов. Результаты работы открывают новые возможности для создания эффективных источников излучения на кремнии, встраиваемых в схемы современной микроэлектроники с оптической обработкой сигнала. Теперь авторы работают над созданием светоизлучающих диодов на базе таких структур и принципов их сопряжения с другими элементами на оптоэлектронном чипе.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
