Исследователи из Массачусетского технологического института сегодня продемонстрировали первый лазер, производимый оптическими компонентами на базе такого химического элемента, как германий. По словам ученых, новый вид лазера может найти широкое применение в таких отраслях, как телекоммуникации и будущие квантовые вычисления. Исследователи говорят, что в отличие от многих других разработок их германиевый лазер работает при комнатной температуре и каких-либо дополнительных условий не требует.
В Массачусетсе уверены в возможности применения в будущих компьютерах германиевых микроизлучаетелей, которые будут передавать информацию при помощи фотонов света, а не электронов, как это делается сейчас. Не менее важно и то, что для создания лазера был использован новый материал, который ранее считался непригодным для этого.
"Вычислительные возможности чипов растут и последние нуждаются во все более скоростных и широкополосных каналах связи для отправки данных в память или процессор. В свете этого, традиционные электронные соединения вскоре станут непрактичными, так как они требуют слишком много электроэнергии и ограничены в скорости. Имея дело со светом, мы можем снизить энергопотребности в разы, сократить ширину каналов и физические размеры устройств", - говорят в МТИ.
Сборка процессоров сейчас является крайне сложным и кропотливым технологическим процессом, в котором разные слои материалов последовательно наносятся на кремниевую подлодку. Включение нового материала в эту технологическую схему является не менее трудоемким процессом, так как этот материал должен быть в химической связи в слоями, расположенными выше и ниже, да и размещение этого материала должно проводиться только при определенной температуре.
Сейчас материалы, используемые для получения лазера, такие как арсенид галлия, находятся буквально на грани таких связей, что значительно усложняет процесс интеграции. "В большинстве случае лазерные передатчики приходится интегрировать отдельно от схемы, а затем как-либо интегрировать в чип, что является сложным и дорогим процессом. Мы же предлагаем делать чипы с "родным" лазером", - рассказывает Тремонт Мао, управляющий директор компании Analog Devices Semiconductor, созданной при институте.
Специалист говорит, что интеграция германия прямо в производственный процесс с одной стороны позволит сделать чипы более подготовленными для "оптических вычислений", а с другой, германий - это тот элемент, с которым готовы работать практически все производители чипов уже сейчас.
На сегодня в микроэлектронике такие элементы, как арсенид галлия, германий и кремний служат для производства полупроводников. Лазеры, получаемые из полупроводников, конвертируют энергию электронов в фотоны. Полупроводники бывают двух типов: с так называемой прямой зоной запрещения и с непрямой зоной запрещения. По словам Юргена Мишеля, одного из разработчиков германиевого лазера, в области непрямой зона запрещения реализация лазеров до сих пор была невозможна.
В Массачусетсе говорят, что в случае германием его электроны могут быть в возбужденном состоянии, но в зависимости от условий они преобразуются либо в тепловую энергию, либо, что существенно реже, в световую.
Исследователи говорят, что им удалось управлять процессом преобразования электронов в фотоны, из которых и состоит луч лазера. Уже сейчас у ученых есть методика, при помощи которой они могут регулировать длину излучения, его продолжительность и интенсивность. Единственным минусом лазера нынешнего образца является необходимость присутствия фосфора для генерации луча, однако в будущем разработчики планируют избиваться от данной необходимости. Практически опыты показали, что сейчас для стабильной генерации лазера необходимо 1200 атомов фосфора на кубический сантиметр германия.
Источник: CyberSecurity
|
