Физика

Разработан эффективно излучающий свет кремниевый материал

Nando Harmsen/TU

Ученые уже давно стремятся создать эффективные светоизлучающие устройства на основе кремния. Их использование могло бы значительно увеличить скорость вычислений на кремниевых чипах и сделать их быстрее, чем когда-либо. Добиться этого наконец удалось материаловедам из Технического университета Эйндховена, Мюнхенского технического университета и Йенского университета имени Фридриха Шиллера. Они смогли синтезировать материал на основе кремния, который способен излучать свет в широком диапазоне длин волн в зависимости от своего состава. Разработку авторы описали в статье, опубликованной в журнале Nature.

Исследователи использовали в качестве исходных реагентов кремний и германий. Оба элемента они объединили в гексагональную структуру и научились менять ее свойства путем варьирования состава. Заставить эти два элемента сформировать вместе гексагональную решетку нелегко. Для этого исследователи взяли за основу чистый гексагональный кремний, создав нанопроволоки из другого материала с гексагональной кристаллической структурой. Затем они вырастили кремниево-германиевую оболочку по этому шаблону.

Формирования такой структуры ученые добились еще в 2015 году. Но до сих пор они не могли заставить ее излучать свет. В новой работе авторам удалось повысить качество гексагональных кремнийгерманиевых оболочек за счет уменьшения количества примесей и дефектов их кристаллических решеток. При возбуждении такой нанопроволоки лазером исследователи смогли измерить эффективность нового материала. Оказалось, что эффективность поглощения и последующего испускания излучения у нового материала находится на очень высоком уровне. Теперь ученые планируют создать на его основе лазер и попробовать использовать новый материал в чипах.

Актуальность новой работы обусловлена все увеличивающимся массивом данных, которые человечеству приходится хранить и обрабатывать. Нынешние технологии, основанные на электронных чипах, достигают своего потолка. Ограничивающим фактором является тепло, которое выделяется из-за наличия у материалов сопротивления. Чтобы избежать этого, необходимо создать технологию, которая не выделяет тепло в окружающую среду. Перспективным кандидатом на эту роль может быть фотоника — вид технологий, которые используют свет для передачи информации и вычислений.

В отличие от электронов, у фотонов нет сопротивления. Они не имеют массы или заряда, поэтому будут меньше рассеиваться внутри материала, через который они проходят, и практически не создавать паразитного тепла. Кроме того, если заменить электроны фотонами в цепи передачи и обработки данных, можно увеличить скорость работы таких вычислительных механизмов в 1000 раз.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.