Pesquisadores da Skoltech e seus colegas do RAS Institute for Physics of Microestruturas, Universidade Estadual Lobachevsky de Nizhny Novgorod, ITMO University, Lomonosov Moscow State University, e A.M. O Instituto de Física Geral Prokhorov encontrou uma maneira de aumentar a fotoluminescência no silício, o notoriamente pobre emissor e absorvedor de fótons no coração de toda a eletrônica moderna. Esta descoberta pode abrir caminho para circuitos integrados fotônicos, impulsionando seu desempenho. O artigo foi publicado na revista Resenhas de laser e fotônica .

A "seleção natural" na tecnologia de semicondutores ao longo de quase 80 anos fez com que o silício emergisse como o material predominante para os chips. A maioria dos microcircuitos digitais são criados usando a tecnologia CMOS (CMOS), que significa semicondutor de óxido metálico complementar. No entanto, os fabricantes encontraram uma barreira no caminho para aumentar seu desempenho ainda mais:liberação de calor devido à alta densidade de elementos em circuitos CMOS.

Uma solução alternativa em potencial é reduzir a geração de calor mudando de conexões metálicas entre elementos em microcircuitos para ópticos:ao contrário de elétrons em condutores, os fótons podem viajar por distâncias gigantescas em regiões de ondas com perdas mínimas de calor.

"A transição para circuitos integrados fotônicos compatíveis com CMOS também tornará possível aumentar significativamente a taxa de transferência de informações dentro de um chip e entre chips individuais em computadores modernos, tornando-os mais rápidos. Infelizmente, o próprio silício interage fracamente com a luz:é um emissor pobre e um pobre absorvedor de fótons. Portanto, domesticar o silício para interagir com a luz de forma eficaz é uma tarefa essencial, "Sergey Dyakov, pesquisador sênior da Skoltech e o primeiro autor do artigo, diz.

Dyakov e seus colegas conseguiram melhorar a fotoluminescência baseada em silício usando pontos quânticos de germânio e um cristal fotônico especialmente projetado. Eles usaram um ressonador baseado em estados vinculados no continuum, uma ideia emprestada da mecânica quântica:esses ressonadores criam um confinamento efetivo da luz dentro deles, uma vez que a simetria do campo eletromagnético dentro do ressonador não corresponde à simetria das ondas eletromagnéticas do espaço circundante.

Eles também escolheram nanoislands de germânio como fonte de luminescência, que pode ser embutido no local desejado em um chip de silício. "O uso de estados ligados no continuum aumentou a intensidade da luminescência em mais de cem vezes, "Dyakov diz, observando que isso pode nos levar a circuitos integrados fotônicos compatíveis com CMOS.

“Os resultados abrem novas possibilidades para a criação de fontes de radiação eficientes baseadas em silício, construído nos circuitos da microeletrônica moderna com processamento de sinal óptico. Atualmente, existem muitos grupos trabalhando na criação de diodos emissores de luz com base em tais estruturas e os princípios de seu acoplamento com outros elementos em um chip optoeletrônico, "Professor Nikolay Gippius, chefe do grupo de Teoria da Nanofotônica no Centro de Fotônica e Materiais Quânticos da Skoltech, diz.