I ricercatori Skoltech e i loro colleghi del RAS Institute for Physics of Microstructures, Università statale Lobachevsky di Nizhny Novgorod, Università ITMO, Lomonosov Università statale di Mosca, e A.M. Il Prokhorov General Physics Institute ha trovato un modo per aumentare la fotoluminescenza nel silicio, il notoriamente povero emettitore e assorbitore di fotoni al centro di tutta l'elettronica moderna. Questa scoperta potrebbe aprire la strada a circuiti integrati fotonici, potenziando le loro prestazioni. Il documento è stato pubblicato sulla rivista Recensioni di laser e fotonica .

La "selezione naturale" nella tecnologia dei semiconduttori in quasi 80 anni ha portato il silicio ad emergere come il materiale predominante per i chip. La maggior parte dei microcircuiti digitali viene creata utilizzando la tecnologia CMOS (CMOS), che sta per complementare metallo-ossido-semiconduttore. Eppure i produttori hanno incontrato un muro sulla strada per aumentare ulteriormente le loro prestazioni:rilascio di calore dovuto all'elevata densità di elementi nei circuiti CMOS.

Una possibile soluzione alternativa è ridurre la generazione di calore passando dalle connessioni metalliche tra gli elementi nei microcircuiti a quelle ottiche:a differenza degli elettroni nei conduttori, i fotoni possono percorrere distanze giganti in onde d'onda con perdite di calore minime.

"Il passaggio a circuiti integrati fotonici compatibili con CMOS consentirà inoltre di aumentare significativamente la velocità di trasferimento delle informazioni all'interno di un chip e tra i singoli chip nei computer moderni, rendendoli più veloci. Sfortunatamente, il silicio stesso interagisce debolmente con la luce:è un povero emettitore e un povero assorbitore di fotoni. Perciò, domare il silicio per interagire efficacemente con la luce è un compito essenziale, "Sergio Djakov, ricercatore senior presso Skoltech e primo autore dell'articolo, dice.

Dyakov e i suoi colleghi sono riusciti a migliorare la fotoluminescenza a base di silicio utilizzando punti quantici di germanio e un cristallo fotonico appositamente progettato. Hanno usato un risonatore basato su stati legati nel continuum, un'idea mutuata dalla meccanica quantistica:questi risonatori creano un effettivo confinamento della luce al loro interno poiché la simmetria del campo elettromagnetico all'interno del risonatore non corrisponde alla simmetria delle onde elettromagnetiche dello spazio circostante.

Hanno anche scelto le nanoisole di germanio come fonte di luminescenza, che può essere incorporato nel punto desiderato su un chip di silicio. "L'uso di stati legati nel continuum ha aumentato l'intensità della luminescenza di oltre cento volte, "Djakov dice, notando che può portarci a circuiti integrati fotonici compatibili con CMOS.

"I risultati aprono nuove possibilità per creare sorgenti di radiazioni efficienti basate sul silicio, integrato nei circuiti della moderna microelettronica con elaborazione del segnale ottico. Attualmente ci sono molti gruppi che lavorano sulla creazione di diodi emettitori di luce basati su tali strutture e sui principi del loro accoppiamento con altri elementi su un chip optoelettronico, " Professor Nikolay Gippius, capo del gruppo di teoria della nanofotonica presso il Centro di fotonica e materiali quantistici di Skoltech, dice.