Las fibras de vidrio hacen todo, desde conectarnos a Internet hasta permitir la cirugía de ojo de cerradura mediante la entrega de luz a través de dispositivos médicos como endoscopios. Pero tan versátiles como lo son las fibras ópticas de hoy en día, los científicos de todo el mundo han estado trabajando para expandir sus capacidades agregando núcleo semiconductormateriales a las fibras de vidrio.
Ahora, un equipo de investigadores ha creado fibras de vidrio con núcleos de silicio-germanio monocristalinos. El proceso utilizado para hacer esto podría ayudar en el desarrollo de dispositivos semiconductores de alta velocidad y expandir las capacidades de los endoscopios, dice Ursula Gibson, una físicaprofesor de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Noruega y autor principal del artículo.
"Este documento sienta las bases para futuros dispositivos en varias áreas", dijo Gibson, porque el germanio en el núcleo de silicio permite a los investigadores alterar localmente sus atributos físicos.
El artículo, "Recristalización con láser e inscripción de microestructuras composicionales en fibras cristalinas SiGe-core", se publicó en Comunicaciones de la naturaleza el 24 de octubre
derritiendo y recristalizando
Para comprender lo que hicieron los investigadores, debe reconocer que el silicio y el germanio tienen diferentes puntos de fusión. Cuando las dos sustancias se combinan en una fibra de vidrio, las manchas de material rico en germanio se dispersan por la fibra de manera desordenada porqueel silicio tiene un punto de fusión más alto y se solidifica, o se "congela" primero. Estas manchas de germanio limitan la capacidad de la fibra para transmitir luz o información. "Cuando se fabrican por primera vez, estas fibras no se ven muy bien", dijo Gibson.
Pero calentar rápidamente la fibra moviéndola a través de un rayo láser permitió a los investigadores derretir los semiconductores en el núcleo de manera controlada. Utilizando la diferencia en el comportamiento de solidificación, los investigadores pudieron controlar la concentración local del germanio en el interiorla fibra dependiendo de dónde enfocaron el rayo láser y por cuánto tiempo.
"Si tomamos una fibra y fundimos el núcleo sin moverla, podemos acumular pequeñas gotas ricas en germanio en una zona de fusión, que es lo último que cristaliza cuando quitamos el láser lentamente", dijo Gibson.puede hacer rayas, puntos ... podría usar esto para hacer una serie de estructuras que le permitirían detectar y manipular la luz ".
Se produjo una estructura interesante cuando los investigadores interrumpieron periódicamente el rayo láser mientras se movía a lo largo de su fibra de silicio-germanio. Esto creó una serie de rayas ricas en germanio a lo ancho del núcleo de 150 micrómetros de diámetro. Ese tipo de patrón creaalgo llamado una rejilla de Bragg, que podría ayudar a ampliar la capacidad de los dispositivos de guía de luz de longitud de onda larga. "Eso es de interés para la industria de la imagen médica", dijo Gibson.
calentamiento rápido, tecla de enfriamiento
Otro aspecto clave de la geometría y el calentamiento por láser de la fibra de silicio-germanio es que una vez que la fibra se calienta, también se puede enfriar muy rápidamente a medida que la fibra se aleja del láser en una etapa en movimiento.
El enfriamiento rápido controlado permite que la mezcla se solidifique en un solo cristal uniforme a lo largo de la fibra, lo que la hace ideal para la transmisión óptica.
Anteriormente, las personas que trabajaban con aleaciones de silicio-germanio a granel han tenido problemas para crear un cristal uniforme que sea una mezcla perfecta, porque no han tenido un control suficiente del perfil de temperatura de la muestra.
"Cuando se realiza el calentamiento y enfriamiento generales, se obtiene una composición desigual a través de la estructura, porque la última parte para congelar concentra el exceso de germanio", dijo Gibson. "Hemos demostrado que podemos crear silicio-germanio cristalino único a altas tasas de producción cuandotenemos un gran gradiente de temperatura y una dirección de crecimiento controlada "
Transistores que cambian más rápido
Gibson dice que el proceso de calentamiento por láser también podría usarse para simplificar la incorporación de aleaciones de silicio-germanio en los circuitos de transistores.
"Podría adaptar el tratamiento con láser a películas delgadas de la aleación en circuitos integrados", dijo.
Tradicionalmente, dijo Gibson, los investigadores de electrónica han examinado otros materiales, como el arseniuro de galio, en su búsqueda para construir transistores cada vez más rápidos. Sin embargo, la mezcla de silicio y germanio, a menudo llamada SiGe, permite que los electrones se muevan a través del materialmás rápido de lo que se mueven a través de silicio puro, y es compatible con el procesamiento estándar de circuitos integrados
"SiGe le permite hacer transistores que cambian más rápido" que los transistores basados en silicio de hoy en día, dijo, "y nuestros resultados podrían afectar su producción".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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