Рођена најмања силиконска шупљина која хвата светлост: Самосастављање на атомском нивоу генерише квантне изворе светлости

Повећање јачине интеракције између светлости и материје за производњу бољих фотодетектора или квантних извора светлости је кључни циљ квантне оптике и фотонике.
А најбољи начин да се то уради је коришћење оптичких резонатора који чувају светлост на дуже временске периоде тако да њихова интеракција са материјом постане јача. Ако је резонатор такође веома компактан, компресује светлост у веома мали део простора, интеракција се додатно појачава. У савршеном резонатору, област величине атома може да складишти светлост током дужег временског периода.
Изазов минијатуризације резонатора
Деценијама су се инжењери и физичари борили са проблемом како да направе мале оптичке резонаторе без жртвовања њихових перформанси, слично као што се морају конструисати мали полупроводнички уређаји. Мапа пута индустрије полупроводника за наредних 15 година предвиђа да најмања могућа ширина полупроводничке структуре неће бити мања од 8 нм, што је ширина десетина атома.
Описане шупљине које се самостално склапају могу се интегрисати у веће самосастављене склопове за усмеравање светлости око оптичког чипа. На слици је приказана оптичка шупљина уграђена у коло које садржи више компоненти које се сами склапају.
Нови приступ превазилази екстремне услове
Прошле године, ванредни професор ДТУ Елецтро С?рен Стоббе и његове колеге објавили су нови рад у часопису Натуре у којем су демонстрирали шупљине од 8 нм, али су сада предложили и демонстрирали нову методу за стварање самосастављених шупљина са ваздушним шупљинама на размера од неколико атома. Њихов рад, "Само-састављене фотонске шупљине са ограничењима атомске скале," детаљно описује налазе, објављене у издању часописа Натуре од 6. децембра.
У овом експерименту две половине силиконске структуре су „окачене” на опругу, а у првом кораку силицијумски уређај је чврсто причвршћен за слој стакла. Уређај је направљен коришћењем конвенционалне полупроводничке технологије, тако да је растојање између две половине било само неколико десетина нанометара. Када је стакло селективно урезано, структура се ослобађа и сада је једноставно подупрта опругом.
Пошто су два дела блиско повезана, површинске силе узрокују да се међусобно привлаче. Резултат је само-састављен резонатор са силиконским огледалима који окружују празнине у облику лептир машне на атомској скали, који је створен пажљивом прављењем структуре силиконске структуре.
Истраживачи су још увек далеко од потпуно самоконструишућег кола. Али успели су да споје два приступа која су до сада путовала паралелним стазама да би створили силицијумски резонатор који никада раније није био минијатуризован.
Напредак у технологији полупроводника заснованој на силицијуму омогућен је једним посебним приступом, познатим као „метод одозго надоле“. Други приступ је познат као технологија „одоздо према горе“: покушај да се нанотехнолошки системи сами саставе. Кључ њиховог истраживања лежи у комбиновању ова два приступа.
Студија показује одрживу технику за повезивање два приступа нанотехнологији употребом нове генерације техника производње које комбинују величину атома коју нуди само-састављање са скалабилности конвенционално произведених полупроводника.
Израдом фотонских шупљина, истраживачи су успели да ограниче фотоне у ваздушне празнине тако мале да се не могу прецизно измерити, чак ни трансмисијским електронским микроскопом. Међутим, најмањи који су направили је био само 1-3 атома силицијума, постављајући нови рекорд за малу количину силицијумских шупљина које хватају светлост.
Не морамо касније да пронађемо ове шупљине и да их убацимо у другу архитектуру чипа", рекао је Стоб. То такође није могуће јер је тако мали. Другим речима, градимо нешто у размери атома који је убачен у макроскопско коло. Веома смо узбуђени због овог новог правца истраживања, а пред нама је много посла."