Los físicos de la Universidad Técnica de Munich TUM han desarrollado un nanolaser, mil veces más delgado que un cabello humano. Gracias a un ingenioso proceso, los láseres de nanocables crecen directamente en un chip de silicio, lo que permite producir un alto rendimientocomponentes fotónicos rentables. Esto allanará el camino para un procesamiento de datos rápido y eficiente con luz en el futuro.
Cada vez más pequeño, cada vez más rápido, cada vez más barato: desde el comienzo de la era de la computadora, el rendimiento de los procesadores se ha duplicado en promedio cada 18 meses. Hace ya 50 años, el cofundador de Intel, Gordon E. Moore, pronosticó este asombroso crecimiento en el rendimientoY la ley de Moore parece ser cierta hasta el día de hoy.
Pero la miniaturización de la electrónica ahora está llegando a sus límites físicos. "Hoy en día, los transistores son simplemente de unos pocos nanómetros de tamaño. Otras reducciones son terriblemente caras", dice el profesor Jonathan Finley, director del Instituto Walter Schottky en TUM. "Mejorael rendimiento solo se puede lograr reemplazando los electrones con fotones, es decir, partículas de luz ".
Fotónica - la bala de plata de la miniaturización
La transmisión y procesamiento de datos con luz tiene el potencial de romper las barreras de la electrónica actual. De hecho, los primeros chips fotónicos basados en silicio ya existen. Sin embargo, las fuentes de luz para la transmisión de datos deben estar unidas al silicio enprocesos de fabricación complicados y elaborados. Los investigadores de todo el mundo están buscando enfoques alternativos.
Los científicos de TU Munich ahora han tenido éxito en este esfuerzo: el Dr. Gregor Koblmüller del Departamento de Semiconductores Quantum-Nanosystems ha desarrollado, en colaboración con Jonathan Finley, un proceso para depositar nanolasers directamente en chips de silicio. Una patente para la tecnologíapendiente.
Hacer crecer un semiconductor III-V sobre silicio requiere una experimentación tenaz. "Los dos materiales tienen diferentes parámetros de red y diferentes coeficientes de expansión térmica. Esto conduce a la tensión", explica Koblmüller. "Por ejemplo, el crecimiento plano convencional de arseniuro de galio en unla superficie de silicio da como resultado una gran cantidad de defectos "
El equipo de TUM resolvió este problema de una manera ingeniosa: al depositar nanocables que son independientes del silicio, sus huellas son simplemente unos pocos nanómetros cuadrados. De este modo, los científicos podrían evitar la aparición de defectos en el material de GaAs.
átomo por átomo a un nanocable
¿Pero cómo convierte un nanocable en un láser de cavidad vertical? Para generar luz coherente, los fotones deben reflejarse en los extremos superior e inferior del cable, amplificando así la luz hasta que alcance el umbral deseado para la duración.
Para cumplir con estas condiciones, los investigadores tuvieron que desarrollar una solución simple pero sofisticada: "La interfaz entre el arseniuro de galio y el silicio no refleja la luz lo suficiente. Así construimos un espejo adicional: una capa de óxido de silicio de 200 nanómetros de espesor quenos evaporamos en el silicio ", explica Benedikt Mayer, candidato a doctorado en el equipo dirigido por Koblmüller y Finley." Los agujeros minúsculos se pueden grabar en la capa de espejo. Usando epitaxia, los nanocables semiconductores pueden crecer átomos por átomo.agujeros "
Solo una vez que los cables sobresalen de la superficie del espejo, pueden crecer lateralmente, hasta que el semiconductor sea lo suficientemente grueso como para permitir que los fotones salgan disparados hacia adelante y hacia atrás para permitir la emisión estimulada y el láser. "Este proceso es muy elegante porque nos permite colocarlolos láseres de nanocables directamente también en guías de onda en el chip de silicio ", dice Koblmüller.
Investigación básica sobre el camino hacia las aplicaciones
Actualmente, los nuevos láseres de nanocables de arseniuro de galio producen luz infrarroja a una longitud de onda predefinida y bajo excitación pulsada. "En el futuro queremos modificar la longitud de onda de emisión y otros parámetros láser para controlar mejor la estabilidad de la temperatura y la propagación de la luz bajo excitación continua dentro delchips de silicio ", agrega Finley.
El equipo acaba de publicar sus primeros éxitos en esta dirección. Y se han fijado firmemente en su próximo objetivo: "Queremos crear una interfaz eléctrica para que podamos operar los nanocables bajo inyección eléctrica en lugar de depender de láseres externos", explica Koblmüller.
"El trabajo es un requisito previo importante para el desarrollo de componentes ópticos de alto rendimiento en computadoras futuras", resume Finley. "Pudimos demostrar que es posible fabricar chips de silicio con láseres de nanocables integrados"
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Técnica de Munich TUM . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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