Kaksiulotteiset uusiin ulottuvuuksiin

Taiteellinen esitys grafeeniperustaisesta sähköis-absorbtisesta modulaattorista.

Fotoniset piirit ovat nousseet johtavaksi tekniikaksi data- ja viestintätekniikoiden kehityksessä.

Grafeenipohjaiset modulaattorit ovat jo osoittaneet optisen laajakaistan kaistanleveyttä ja lämpötilastabiilisuutta, mutta toisinaan ne eivät ole kyenneet osoittamaan samanaikaisesti sekä nopeita että hyviä modulaatiotehokkuuksia grafeenin rajoitetun laadun sekä grafeenin ja dielektrisen materiaalin yhdistämisen ongelmien vuoksi.

Nyt (The Institute of Photonic Sciences) ICFO:n tutkijat yhdessä Pisan yliopiston ja muiden instituutioiden tutkijoiden kanssa esittävät uuden sähköis-absorbisen modulaattorin, joka osoittaa aiempiin nähden kolminkertaisen staattisen ja dynaamisen modulaatiotehokkuuden.

Grafeenin korkea laatu saavutettiin integroimalla se boorinitridiin (hBN). Edelleen korkean k:n dielektrinen materiaali HfO2 sijoitettiin kahden tällaisen boorinitridikerroksen väliin.

Aiemmin yksi pahimmista pullonkauloista on ollut grafeenin integroiminen CMOS-tuotantoon, johtuen sen yhteensopimattomuudesta korkean k:n oksidien kanssa. Nyt tehdyn hBN-HfO2-hBN rakenteen avulla saavutettiin korkea modulointitehokkuus mutta myös suurempi nopeus.

Tutkijoiden rakenne toimi pienellä virrankulutus mutta saavutti ennätyksellisen 39 GHz:n kaistanleveyden jopa 40 Gbps:n nopeudella.

Rakenteen yhteensopivuus piiteknologian ja mikroelektroniikan kanssa helpottanee nykyisiä fotoniikkateollisuuden skaalausparannuksia sekä ajaa tämäntyyppistä tekniikkaa paljon laajemmille toiminta-alueille elektronisissa ja optoelektronisissa sovelluksissa. Tutkijoiden mukaan tämä työ on myös ensimmäinen esimerkki täydellisestä 3D-integraatiosta, joka toteutetaan kokonaan erityyppisiä 2D-materiaaleja kokoamalla, mikä osoittaa uutta potentiaalista reittiä integroitujen piirien mikrotuotantoon.

Sussexin yliopiston fyysikot ovat puolestaan tutkineet 2D-materiaalien sähköisiä ja mekaanisia ominaisuuksia niitä vääntelemällä. Tiheysfunktionaalinen tutkimus toi esiin grafeenin ja MoS2:n kaistarakenteiden muutoksen kuprumaisen rakenteen kohdalla. Luomalla kupruja grafeeniin he saivat sen käyttäytymään kuin yksittäinen transistori tai logiikkaportti. Tutkijoiden mukaan tällainen tekniikka "straintronics", olisi tilankäytön suhteen erittäin tehokasta.

Tutkijat painottavat myös, että piirirakenteen materiaaliin ei tarvitse tehdä mitään seostuksia eli se voidaan toteuttaa huonelämpötilassa, joten se on siltä osin vihreämpää ja kestävämpää tekniikkaa.

Aiheesta aiemmin:

Nopeampia fotoniikkapiirejä

Mutkittelu tekee hyvää ionijohteille