Los investigadores de Skoltech y sus colegas del Instituto RAS de Física de Microestructuras, Universidad Estatal Lobachevsky de Nizhny Novgorod, Universidad ITMO, Universidad Estatal Lomonosov de Moscú, y yo. El Instituto de Física General Prokhorov ha encontrado una forma de aumentar la fotoluminiscencia en el silicio, el emisor y absorbedor de fotones notoriamente pobre en el corazón de toda la electrónica moderna. Este descubrimiento puede allanar el camino hacia los circuitos integrados fotónicos, impulsar su rendimiento. El artículo fue publicado en la revista Reseñas de láser y fotónica .

La "selección natural" en la tecnología de semiconductores durante casi 80 años ha llevado al silicio a emerger como el material predominante para los chips. La mayoría de los microcircuitos digitales se crean utilizando tecnología CMOS (CMOS), que significa semiconductor de óxido de metal complementario. Sin embargo, los fabricantes se han topado con un obstáculo en el camino para aumentar aún más su rendimiento:la liberación de calor debido a la alta densidad de elementos en los circuitos CMOS.

Una posible solución alternativa es reducir la generación de calor cambiando de conexiones metálicas entre elementos en microcircuitos a conexiones ópticas:a diferencia de los electrones en los conductores, los fotones pueden viajar distancias gigantes en ondas con pérdidas mínimas de calor.

"La transición a circuitos integrados fotónicos compatibles con CMOS también permitirá aumentar significativamente la tasa de transferencia de información dentro de un chip y entre chips individuales en las computadoras modernas, haciéndolos más rápidos. Desafortunadamente, el silicio en sí mismo interactúa débilmente con la luz:es un emisor deficiente y un absorbente de fotones deficiente. Por lo tanto, domesticar el silicio para interactuar con la luz de manera efectiva es una tarea esencial, "Sergey Dyakov, investigador senior de Skoltech y primer autor del artículo, dice.

Dyakov y sus colegas han logrado mejorar la fotoluminiscencia basada en silicio utilizando puntos cuánticos de germanio y un cristal fotónico especialmente diseñado. Usaron un resonador basado en estados ligados en el continuo, una idea tomada de la mecánica cuántica:estos resonadores crean un confinamiento efectivo de la luz dentro de ellos, ya que la simetría del campo electromagnético dentro del resonador no se corresponde con la simetría de las ondas electromagnéticas del espacio circundante.

También eligieron nanoislas de germanio como fuente de luminiscencia, que se puede incrustar en el lugar deseado en un chip de silicio. "El uso de estados ligados en el continuo aumentó la intensidad de la luminiscencia en más de cien veces, "Dyakov dice, señalando que puede llevarnos a circuitos integrados fotónicos compatibles con CMOS.

"Los resultados abren nuevas posibilidades para crear fuentes de radiación eficientes basadas en silicio, integrado en los circuitos de la microelectrónica moderna con procesamiento de señales ópticas. Actualmente hay muchos grupos que trabajan en la creación de diodos emisores de luz basados ​​en tales estructuras y los principios de su acoplamiento con otros elementos en un chip optoelectrónico. "Profesor Nikolay Gippius, jefe del grupo de Teoría de Nanofotónica en el Centro de Fotónica y Materiales Cuánticos de Skoltech, dice.