Strainoptronics: новый способ управления фотонами


Исследователи открыли новый способ конструирования оптоэлектронных устройств, растягивая двумерный материал на кремниевой фотонной платформе. Используя этот метод, изобретенный стрейноптроникой командой под руководством профессора Университета Джорджа Вашингтона Фолькера Соргера, исследователи впервые продемонстрировали, что двухмерный материал, обернутый вокруг наноразмерного кремниевого фотонного волновода, создает новый фотодетектор, который может работать с высокой эффективностью в данной технологии. критическая длина волны 1550 нм.

Такое новое фотодетектирование может способствовать развитию будущих коммуникационных и компьютерных систем, особенно в таких новых областях, как машинное обучение и искусственные нейронные сети.

Постоянно растущий спрос современного общества на данные требует более эффективного преобразования сигналов данных в оптической области, от оптоволоконного Интернета до электронных устройств, таких как смартфон или ноутбук. Этот процесс преобразования оптических сигналов в электрические выполняется фотодетектором, важным строительным блоком в оптических сетях.

2D-материалы обладают научными и технологически значимыми свойствами для фотоприемников. Из-за их сильного оптического поглощения разработка фотоприемника на основе двумерного материала позволит улучшить фотопреобразование и, следовательно, более эффективную передачу данных и телекоммуникации. Однако двумерные полупроводниковые материалы, такие как материалы из семейства дихалькогенидов переходных металлов, до сих пор не могли эффективно работать на длинах волн телекоммуникаций из-за их большой оптической запрещенной зоны и низкого поглощения.

Strainoptronics устраняет этот недостаток и предлагает исследователям инженерный инструмент для изменения электрических и оптических свойств 2D-материалов и, таким образом, новаторские фотодетекторы на основе 2D-материалов.

Осознавая потенциал стрейноптроники, исследователи растянули сверхтонкий слой теллурида молибдена, двумерного полупроводника, поверх кремниевого фотонного волновода, чтобы собрать новый фотодетектор. Затем они использовали свою недавно созданную «ручку управления» Strainoptronics, чтобы изменить его физические свойства, чтобы уменьшить ширину запрещенной зоны для электроники, что позволило устройству работать в ближнем инфракрасном диапазоне, а именно на соответствующей длине волны связи (C-диапазон) около 1550 нм.

Исследователи отметили один интересный аспект своего открытия: величина деформации, которую могут выдерживать эти полупроводниковые 2D-материалы, значительно выше по сравнению с объемными материалами при заданной степени деформации. Они также отмечают, что эти новые двухмерные фотодетекторы на основе материалов в 1000 раз более чувствительны по сравнению с другими фотодетекторами, использующими графен. Фотодетекторы, обладающие такой чрезвычайной чувствительностью, полезны не только для приложений передачи данных, но также для медицинских датчиков и, возможно, даже в квантовых информационных системах.

«Мы не только нашли новый способ создания фотоприемника, но и открыли новую методологию проектирования оптоэлектронных устройств, которую мы назвали« стрейноптроника ». Эти устройства обладают уникальными свойствами для оптической передачи данных и для новых фотонных искусственных нейронных сетей, используемых в машинном обучении и искусственном интеллекте “, – сказал Фолькер Соргер, доцент кафедры электротехники и вычислительной техники в GW.

«Интересно, что в отличие от объемных материалов, двумерные материалы являются особенно многообещающими кандидатами для инженерии деформации, поскольку они могут выдерживать большие нагрузки перед разрывом. В ближайшем будущем мы хотим динамически применить деформацию ко многим другим двумерным материалам. в надежде найти безграничные возможности для оптимизации фотонных устройств “, – сказал Риши Маити, научный сотрудник отдела электротехники и компьютерной инженерии GW.


Добавить комментарий