Undersøgelser tyder på, at silicium kunne være en fotonik-game-changer

Ny forskning fra University of Surrey har vist, at silicium kan være et af de mest kraftfulde materialer til fotonisk informationsmanipulation - hvilket åbner op for nye muligheder for produktion af lasere og skærme.

Mens computerchips' ekstraordinære succes har bekræftet silicium som det primære materiale til elektronisk informationskontrol, silicium har et ry som et dårligt valg til fotonik; der er ingen kommercielt tilgængelige silicium lysemitterende dioder, lasere eller skærme.

Nu, i et blad udgivet af Lys:Videnskab og applikationer tidsskrift, et Surrey-ledet internationalt hold af videnskabsmænd har vist, at silicium er en fremragende kandidat til at skabe en enhed, der kan styre flere lysstråler.

Opdagelsen betyder, at det nu er muligt at producere siliciumprocessorer med indbyggede evner til lysstråler til at styre andre stråler - hvilket øger hastigheden og effektiviteten af ​​elektronisk kommunikation.

Dette er muligt takket være bølgelængdebåndet kaldet det langt-infrarøde eller terahertz-område af det elektromagnetiske spektrum. Effekten virker med en egenskab kaldet en ikke-linearitet, som bruges til at manipulere laserstråler – f.eks. ændre deres farve. Grønne laserpointere fungerer på denne måde:De tager outputtet fra en meget billig og effektiv, men usynlig infrarød laserdiode og ændrer farven til grøn med en ikke-lineær krystal, der halverer bølgelængden.

Andre former for ikke-linearitet kan producere en udgangsstråle med en tredjedel af bølgelængden eller bruges til at omdirigere en laserstråle for at styre retningen af ​​strålens information. Jo stærkere ulineariteten er, jo lettere er det at styre med svagere indgangsstråler.

Forskerne fandt ud af, at silicium besidder den stærkeste ikke-linearitet af denne type, der nogensinde er blevet opdaget. Selvom undersøgelsen blev udført med krystallen afkølet til meget lave kryogene temperaturer, sådanne stærke ikke-lineariteter betyder, at ekstremt svage bjælker kan bruges.

Ben Murdin, medforfatter af undersøgelsen og professor i fysik ved University of Surrey, sagde, "Vores fund var heldigt, fordi vi ikke ledte efter det. Vi forsøgte at forstå, hvordan et meget lille antal fosforatomer i en siliciumkrystal kunne bruges til at lave en kvantecomputer, og hvordan man bruger lysstråler til at kontrollere lagret kvanteinformation i phosphoratomerne.

"Vi var forbløffede over at opdage, at fosforatomerne genudsendte lysstråler, der var næsten lige så klare som den meget intense laser, vi lyste på dem. Vi skrinlagde dataene i et par år, mens vi overvejede at bevise, hvor strålerne var kommer fra. Det er et godt eksempel på den måde, videnskaben skrider frem ved et tilfælde, og også hvordan paneuropæiske teams stadig kan arbejde sammen meget effektivt."