I ricercatori hanno scoperto un nuovo modo di progettare dispositivi optoelettronici allungando un materiale bidimensionale su una piattaforma fotonica di silicio. Usando questo metodo, coniato strainoptronics da un team guidato dal professore della George Washington University Volker Sorger, i ricercatori hanno dimostrato per la prima volta che un materiale 2-D avvolto attorno a una guida d'onda fotonica di silicio su nanoscala crea un nuovo fotorilevatore che può funzionare con alta efficienza alla lunghezza d'onda tecnologicamente critica di 1550 nanometri.

Tale nuovo fotorilevamento può far progredire le comunicazioni e i sistemi informatici futuri, soprattutto in aree emergenti come l'apprendimento automatico e le reti neurali artificiali.

La sempre crescente domanda di dati delle società moderne richiede una conversione più efficiente dei segnali di dati nel dominio ottico, da internet in fibra ottica ai dispositivi elettronici, come uno smartphone o un laptop. Questo processo di conversione da segnali ottici a segnali elettrici viene eseguito da un fotorilevatore, un elemento fondamentale nelle reti ottiche.

I materiali 2-D hanno proprietà scientifiche e tecnologicamente rilevanti per i fotorivelatori. A causa del loro forte assorbimento ottico, la progettazione di un fotorilevatore basato su materiale 2-D consentirebbe una migliore conversione delle foto, e quindi trasmissione dati e telecomunicazioni più efficienti. Però, materiali semiconduttori 2-D, come quelli della famiglia dei dicalcogenuri dei metalli di transizione, avere, finora, non sono stati in grado di operare in modo efficiente alle lunghezze d'onda delle telecomunicazioni a causa del loro ampio bandgap ottico e del basso assorbimento.

Strainoptronics fornisce una soluzione a questa mancanza e aggiunge uno strumento di ingegneria per i ricercatori per modificare le proprietà elettriche e ottiche dei materiali 2-D, e quindi i pionieri dei fotorilevatori basati su materiali 2-D.

Realizzando il potenziale di strainoptronics, i ricercatori hanno allungato uno strato ultrasottile di tellururo di molibdeno, un semiconduttore materiale 2-D, su una guida d'onda fotonica di silicio per assemblare un nuovo fotorivelatore. Hanno quindi usato la loro "manopola di controllo" strainoptronics appena creata per alterare le sue proprietà fisiche per ridurre il bandgap elettronico, consentendo al dispositivo di funzionare a lunghezze d'onda del vicino infrarosso, vale a dire alla lunghezza d'onda rilevante per le telecomunicazioni (banda C) intorno a 1550 nm.

I ricercatori hanno notato un aspetto interessante della loro scoperta:la quantità di deformazione che questi materiali 2-D semiconduttori possono sopportare è significativamente maggiore rispetto ai materiali sfusi per una data quantità di deformazione. Notano anche che questi nuovi fotorivelatori basati su materiale 2-D sono 1, 000 volte più sensibile rispetto ad altri fotorivelatori che utilizzano il grafene. I fotorilevatori capaci di una sensibilità così estrema sono utili non solo per le applicazioni di comunicazione dati, ma anche per il rilevamento medico e forse anche per i sistemi di informazione quantistica.

"Non solo abbiamo trovato un nuovo modo per progettare un fotorilevatore, ma ha anche scoperto una nuova metodologia di progettazione per dispositivi optoelettronici, che abbiamo chiamato "strainoptronics". Questi dispositivi hanno proprietà uniche per la comunicazione di dati ottici e per le reti neurali artificiali fotoniche emergenti utilizzate nell'apprendimento automatico e nell'intelligenza artificiale, " ha dichiarato Volker Sorger, professore associato di ingegneria elettrica e informatica presso GW

"Interessante, a differenza dei materiali sfusi, i materiali bidimensionali sono candidati particolarmente promettenti per l'ingegneria della deformazione perché possono sopportare grandi quantità di deformazione prima della rottura. Nel futuro prossimo, vogliamo applicare la deformazione dinamicamente a molti altri materiali bidimensionali nella speranza di trovare infinite possibilità per ottimizzare i dispositivi fotonici, " ha concluso Rishi Maiti, borsista post-dottorato nel dipartimento di ingegneria elettrica e informatica presso GW