Исследователи из МФТИ экспериментально доказали, что нанофотонные компоненты на основе меди могут успешно работать в фотонных устройствах наравне с компонентами на основе золота и серебра, медные компоненты вскоре смогут стать основой для оптоэлектронных процессоров с несколькими тысячами ядер.
«Нам удалось создать медные чипы, оптические свойства которых ни в чем не уступают золотым аналогам», - передает ТАСС заявление лидера исследования Дмитрия Федянина со ссылкой на научный журнал NanoLetters.
«Более того, мы добились этого в производственном цикле, совместимом с КМОП-технологией, которая является основой всех современных интегральных схем, включая микропроцессоры. Это своего рода революция в нанофотонике», – подчеркнул Федянин.
Нанофотоника - область исследований, работающей в том числе над тем, чтобы заменить существующие в вычислительных устройствах компоненты на более совершенные за счет использования фотонов вместо электронов.
Наноразмерные фотонные компоненты создают на основе так называемых металл- диэлектрических наноструктур, и ранее считалось, что по своим фундаментальным свойствам для создания эффективных наноструктур могут использоваться только два металла - золото и серебро.
Однако на практике создавать компоненты на основе золота и серебра очень трудно, потому что оба металла практически не вступают в химические реакции, а значит процесс создания наноструктур дорогой, долгий, а иногда и вовсе неосуществим.
Революционное для фотоники и компьютеров будущего открытие сделали исследователи из лаборатории нанооптики и плазмоники центра наноразмерной оптоэлектроники Московского физико-технического института (МФТИ). Им впервые удалось произвести нанофотонные компоненты на основе меди, которые по своим характеристикам не уступают аналогам из золота.
На основании обобщения теории для так называемых плазмонных металлов они еще в 2012 году выяснили, что медь как оптический материал может не только составить конкуренцию золоту, но и превзойти его.
В отличие от золота, медь можно довольно легко структурировать, использую жидкостное или плазменное травление и создавать на ее основе наноразмерные компоненты, которые легко интегрируются в фотонные или электронные интегральные схемы на основе кремния.
Исследователям понадобилось более двух лет, чтобы закупить необходимое оборудование, разработать технологический процесс, изготовить образцы, провести множество независимых измерений и экспериментально подтвердить эту гипотезу.
Примечательно, что медные компоненты были произведены учеными в рамках стандартного технологического процесса, используемого для производства большинства современных микросхем.
Эти исследования создают фундамент для начала практического использования медных нанофотонных и плазмонных компонентов, которые уже в ближайшем будущем будут использованы при создании светодиодов, нанолазеров, высокочувствительных сенсоров и датчиков для мобильных устройств, высокопроизводительных оптоэлектронных процессоров, насчитывающих до нескольких десятков тысяч ядер, для видеокарт, персональных компьютеров и суперкомпьютеров.