来自 RAS 微结构物理研究所、下诺夫哥罗德罗巴切夫斯基国立大学、ITMO 大学、罗蒙诺索夫莫斯科国立大学和 AM 普罗霍罗夫普通物理研究所的 Skoltech 研究人员及其同事找到了一种方法来增加硅的光致发光，硅是众所周知的差的发射器和吸收器光子是所有现代电子产品的核心。这一发现可能为光子集成电路铺平道路，提高其性能。该论文发表在《激光与光子学评论》杂志上。

近 80 年来半导体技术中的“自然选择”导致硅成为芯片的主要材料。大多数数字微电路是使用 CMOS 技术 (CMOS) 创建的，CMOS 代表互补金属氧化物半导体。然而，制造商在进一步提高其性能的道路上遇到了障碍：由于 CMOS 电路中的高密度元件导致热量释放。

一种潜在的解决方法是通过从微电路中元件之间的金属连接切换到光学连接来减少热量的产生：与导体中的电子不同，光子可以以最小的热损失在波导中传播很长的距离。

“向兼容 CMOS 的光子集成电路的过渡还可以显着提高现代计算机中芯片内和单个芯片之间的信息传输速率，从而使它们更快。不幸的是，硅本身与光的相互作用很弱：它是一种差Skoltech 的高级研究员、论文的第一作者 Sergey Dyakov 说：“发射器和光子的吸收器很差。因此，驯服硅以有效地与光相互作用是一项必不可少的任务。”

Dyakov 和他的同事设法使用锗量子点和专门设计的光子晶体来增强硅基光致发光。他们使用了基于连续体中束缚态的谐振器，这是从量子力学借来的一个想法：这些谐振器在它们内部产生了有效的光限制，因为谐振器内部电磁场的对称性与电磁波的对称性不对应。周边空间。

他们还选择了锗纳米岛作为发光源，可以将其嵌入硅芯片上的所需位置。“在连续谱中使用束缚态将发光强度提高了一百多倍，”Dyakov 说，并指出它可以引导我们开发出与 CMOS 兼容的光子集成电路。

“这些结果为创建基于硅的高效辐射源开辟了新的可能性，这些辐射源内置于具有光信号处理的现代微电子电路中。目前有许多团队致力于基于这种结构及其原理来创建发光二极管与光电芯片上的其他元素耦合，”Skoltech 光子学和量子材料中心纳米光子学理论小组负责人 Nikolay Gippius 教授说。

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