Los investigadores descubrieron una nueva forma de diseñar dispositivos optoelectrónicos estirando un material bidimensional sobre una plataforma fotónica de silicio. Usando este método, acuñado estrainoptrónica por un equipo dirigido por el profesor de la Universidad George Washington Volker Sorger, Los investigadores demostraron por primera vez que un material 2-D envuelto alrededor de una guía de ondas fotónica de silicio a nanoescala crea un nuevo fotodetector que puede operar con alta eficiencia en la longitud de onda crítica para la tecnología de 1550 nanómetros.

Esta nueva fotodetección puede hacer avanzar las comunicaciones y los sistemas informáticos futuros, especialmente en áreas emergentes como el aprendizaje automático y las redes neuronales artificiales.

La demanda de datos cada vez mayor de las sociedades modernas requiere una conversión más eficiente de las señales de datos en el dominio óptico, desde internet de fibra óptica hasta dispositivos electrónicos, como un teléfono inteligente o una computadora portátil. Este proceso de conversión de señales ópticas a eléctricas se realiza mediante un fotodetector, un componente fundamental en las redes ópticas.

Los materiales 2-D tienen propiedades científicas y tecnológicamente relevantes para fotodetectores. Debido a su fuerte absorción óptica, El diseño de un fotodetector basado en material 2-D permitiría una conversión fotográfica mejorada, y por lo tanto una transmisión de datos y telecomunicaciones más eficientes. Sin embargo, Materiales semiconductores 2-D, como los de la familia de los dicalcogenuros de metales de transición, tengo, hasta aquí, no han podido operar de manera eficiente en las longitudes de onda de las telecomunicaciones debido a su gran banda prohibida óptica y su baja absorción.

Strainoptronics proporciona una solución a esta deficiencia y agrega una herramienta de ingeniería para que los investigadores modifiquen las propiedades eléctricas y ópticas de los materiales 2-D. y, por lo tanto, los fotodetectores basados ​​en materiales 2-D pioneros.

Al darse cuenta del potencial de la estrainoptrónica, los investigadores estiraron una capa ultrafina de telururo de molibdeno, un semiconductor de material 2-D, encima de una guía de ondas fotónica de silicio para montar un fotodetector novedoso. Luego utilizaron su "perilla de control" de strainoptronics recién creada para alterar sus propiedades físicas y reducir la banda prohibida electrónica, permitir que el dispositivo funcione en longitudes de onda del infrarrojo cercano, concretamente en la longitud de onda relevante de telecomunicaciones (banda C) alrededor de 1550 nm.

Los investigadores notaron un aspecto interesante de su descubrimiento:la cantidad de tensión que estos materiales semiconductores 2-D pueden soportar es significativamente mayor en comparación con los materiales a granel para una determinada cantidad de tensión. También señalan que estos nuevos fotodetectores 2-D basados ​​en material son 1, 000 veces más sensible en comparación con otros fotodetectores que utilizan grafeno. Los fotodetectores capaces de una sensibilidad tan extrema son útiles no solo para aplicaciones de comunicación de datos, sino también para detección médica y posiblemente incluso para sistemas de información cuántica.

"No solo encontramos una nueva forma de diseñar un fotodetector, pero también descubrió una metodología de diseño novedosa para dispositivos optoelectrónicos, que denominamos 'estrainoptrónica'. Estos dispositivos tienen propiedades únicas para la comunicación óptica de datos y para las redes neuronales artificiales fotónicas emergentes utilizadas en el aprendizaje automático y la inteligencia artificial. "declaró Volker Sorger, profesor asociado de ingeniería eléctrica e informática en GW

"Curiosamente, a diferencia de los materiales a granel, Los materiales bidimensionales son candidatos particularmente prometedores para la ingeniería de deformación porque pueden soportar mayores cantidades de deformación antes de romperse. En el futuro cercano, queremos aplicar tensión dinámicamente a muchos otros materiales bidimensionales con la esperanza de encontrar infinitas posibilidades para optimizar los dispositivos fotónicos, "concluyó Rishi Maiti, becario postdoctoral en el departamento de ingeniería eléctrica e informática de GW