В МФТИ ученые создали нанофотонные компоненты на основе меди, которые способны эффективно преобразовать свет в поверхностные электромагнитные волны. Это позволит обойти дифракционный предел, который накладывает ограничения на создание нанофотонных микросхем.
Технологии на основе нанофотоники позволяют усовершенствовать интегральные микросхемы, ускоряя процесс передачи сигналов. Основная проблема заключается в том, что дифракция света, ограничивает минимальные размеры фотонных компонентов до величины, приблизительно равной длине волны света. Именно поэтому нанофотонные компоненты пока еще не могут по размеру сравниться с современными транзисторами. Чтобы обойти дифракционный предел, ученые используют металл-диэлектрические структуры, которые могут преобразовывать свет в поверхностные плазмон-поляритоны — электромагнитные волны, распространяющиеся по поверхности металла.
Наиболее подходящими материалами для создания таких волноводов являются золото и серебро, поскольку другие металлы характеризуются большим поглощением электромагнитного излучения и не могут служить проводниками для поляритонов. Несмотря на это золото и серебро несовместимы со стандартными технологиями построения электронных схем.
Альтернативой золоту может послужить медь, поскольку у этих материалов схожая частота плазмонных колебаний на поверхности. Единственный недостаток меди – большие потери электромагнитного излучения и очень маленькая длина распространения плазмон-поляритонов. Ученым удалось обойти этот недостаток с помощью применения специальной методики изготовления медного волновода, которая позволяет создать структуру, подходящую для распространения волн. Был создан многослойный материал из кремниевой пластинки, поликристаллической меди, диоксида кремния и нитрита кремния. Для придания ему необходимой формы исследователи использовали электронно-лучевую литографию и метод плазменного травления.
С помощью сканирующей электронной и ближнепольной оптической микроскопии ученые выяснили, как распространяются плазмон-поляритоны по поверхности медного слоя. Согласно результатам исследования, длина распространения плазмон-поляритонов превышает 40 мкм. Именно поэтому медь по сравнению с золотом является более эффективным волноводом. При этом медь подходит и для создания компонентов, совместимых с электронными микросхемами на основе кремния.
Ученые надеются, что их исследование станет основой для создания медных нанофотонных и плазмонных компонентов, которые могут быть использованы для создания таких устройств, как нанолазеры, оптоэлектронные процессоры или суперкомпьютеры.
В МФТИ ученые создали нанофотонные компоненты на основе меди, которые способны эффективно преобразовать свет в поверхностные электромагнитные волны. Это позволит обойти дифракционный предел, который накладывает ограничения на создание нанофотонных микросхем.
Технологии на основе нанофотоники позволяют усовершенствовать интегральные микросхемы, ускоряя процесс передачи сигналов. Основная проблема заключается в том, что дифракция света, ограничивает минимальные размеры фотонных компонентов до величины, приблизительно равной длине волны света. Именно поэтому нанофотонные компоненты пока еще не могут по размеру сравниться с современными транзисторами. Чтобы обойти дифракционный предел, ученые используют металл-диэлектрические структуры, которые могут преобразовывать свет в поверхностные плазмон-поляритоны — электромагнитные волны, распространяющиеся по поверхности металла.
Наиболее подходящими материалами для создания таких волноводов являются золото и серебро, поскольку другие металлы характеризуются большим поглощением электромагнитного излучения и не могут служить проводниками для поляритонов. Несмотря на это золото и серебро несовместимы со стандартными технологиями построения электронных схем.
Альтернативой золоту может послужить медь, поскольку у этих материалов схожая частота плазмонных колебаний на поверхности. Единственный недостаток меди – большие потери электромагнитного излучения и очень маленькая длина распространения плазмон-поляритонов. Ученым удалось обойти этот недостаток с помощью применения специальной методики изготовления медного волновода, которая позволяет создать структуру, подходящую для распространения волн. Был создан многослойный материал из кремниевой пластинки, поликристаллической меди, диоксида кремния и нитрита кремния. Для придания ему необходимой формы исследователи использовали электронно-лучевую литографию и метод плазменного травления.
С помощью сканирующей электронной и ближнепольной оптической микроскопии ученые выяснили, как распространяются плазмон-поляритоны по поверхности медного слоя. Согласно результатам исследования, длина распространения плазмон-поляритонов превышает 40 мкм. Именно поэтому медь по сравнению с золотом является более эффективным волноводом. При этом медь подходит и для создания компонентов, совместимых с электронными микросхемами на основе кремния.
Ученые надеются, что их исследование станет основой для создания медных нанофотонных и плазмонных компонентов, которые могут быть использованы для создания таких устройств, как нанолазеры, оптоэлектронные процессоры или суперкомпьютеры.