Pii ja fotoniikka löytävät toisensa

Joukko brittiläisiä tutkijoita Cardiffin yliopiston johdolla on esitellyt ensimmäisen käytännöllisen laserin, joka on kasvatettu suoraan piisubstraatille.

Yksi ratkaisu yhä kasvavaan elektroniikan suorituskyvyn kysyntään on siirtää myös sirujen sisäistä tiedonsiirtoa valoon perustuvaksi.

Ongelmana on ollut vaikeus yhdistää laseria eli ihanteellista valolähdettä piille. Nyt professori Huiyun Liun johtama työ onnistui tässä ja sai 1300 nanometrin aallonpituudella toimivan InAs/GaAs kvanttipistelaserin toimimaan huonelämpötilassa 105 milliwatin antoteholla.

Tutkijoiden mukaan sähköisesti pumpattavan laserin toteutus piialustoille on olennainen askel kohti piifotoniikkaa. Jatkossa on tarkoitus integroida laserit aaltoputkineen ja ohjauselektroniikkansa kanssa aikaansaamaan kattavaa teknologiaa integroida fotoniikkaa piielektroniikan kanssa.

Myös Salfordin ja Surreyn yliopistojen fyysikot osoittavat uusia mahdollisuuksia piisirulle. He ovat löytäneet uuden yhteyden piisirujen ja harvinaisten maametallien välillä käytettäväksi valosignalointiin.

Yleensä näiden alkuaineiden, ei ole ajateltu vuorovaikuttavan optisesti piin kanssa. Löytö kuitenkin osoittaa, että valoa voidaan generoida elektroneilla, jotka hyppivät suoraan piin ja harvinaisten maametallien välillä.

Harvinaiset maametallit antavat yleensä valoa ominaisine aallonpituuksilla mutta pii ei yleensä juuri mitään.

Nyt fyysikot istuttivat ceriumia, europiumia ja ytterbiumia piille ja totesivat, että ne eivät ainoastaan anna valoa, vaan harvinaisten maametallien emittoimat aallonpituudet olivat siirtyneet sellaisiin, joita voidaan käyttää valokuidussa. Tämä siirtyminen osoitti, että elektronin on täytynyt hypätä tai siirtyä piistä muihin alkuaineisiin.

Tutkijat tekivät myös suorituskykyisiä valodiodeja (LED) ja optisia ilmaisimia harvinaisten maametallien istutuksella piiteknologiaan. Nämä laitteet pystyvät tuottamaan ja tunnistamaan tietoliikenteen aallonpituuksien valoa piillä. 

Aiheesta aiemmin:

Lasereita ja kvantti-ilmiöitä piisiruille

Mikropiireille sopiva laser