近日，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了能提高硅光致發(fā)光（PL）的方法。硅是所有現(xiàn)代電子產(chǎn)品的核心，同時它在光子發(fā)射器和吸收器上的表現(xiàn)非常糟糕。而科學(xué)家的這項發(fā)現(xiàn)可能為光子集成電路鋪平道路，提升其性能。這篇論文發(fā)表在《Laser and Photonics Reviews》雜志上。

Skolkovo 科學(xué)技術(shù)研究所的研究人員，同俄羅斯科學(xué)院微結(jié)構(gòu)物理研究所、下諾夫哥羅德羅巴切夫斯基國立大學(xué)、ITMO 大學(xué)、莫斯科國立羅蒙諾索夫大學(xué)和 A.M. Prokhorov 普通物理研究所的研究人員共同合作，發(fā)現(xiàn)了這個新突破。

在近 80 年來，半導(dǎo)體技術(shù)的“自然選擇”導(dǎo)致硅成為了芯片的主要材料。大多數(shù)數(shù)字微電路是使用互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體技術(shù)（CMOS）創(chuàng)建的。但制造商在進(jìn)一步提高其性能的道路上遇到了一堵墻：由于 CMOS 電路中元素的高密度而導(dǎo)致的熱量釋放。

一個潛在的解決方法是通過將微電路中元素之間的金屬連接換成光學(xué)連接來減少熱量的產(chǎn)生：與導(dǎo)體中的電子不同，光子可以在波導(dǎo)中以最小的熱損失進(jìn)行巨大的距離傳播。

來自 Skolkovo 的高級研究員、該論文的第一作者 Sergey Dyakov 表示：“向 CMOS 兼容的光子集成電路的過渡也將使現(xiàn)代計算機(jī)中的芯片內(nèi)和單個芯片之間的信息傳輸率大幅提高，使其速度更快。不幸的是，硅本身與光的相互作用很弱：它是一個可憐的光子發(fā)射器和一個可憐的吸收器。因此，馴服硅以有效地與光互動是一項重要的任務(wù)”。

Dyakov 和他的同事們已經(jīng)成功地使用鍺量子點和一種特殊設(shè)計的光子晶體來增強(qiáng)硅基光致發(fā)光。他們使用了一種基于連續(xù)體中束縛態(tài)的諧振器，這是一個從量子力學(xué)中借用的想法：這些諧振器在其內(nèi)部對光產(chǎn)生了有效的限制，因為諧振器內(nèi)部的電磁場的對稱性與周圍空間的電磁波的對稱性不相符合。

他們還選擇了鍺納米片作為發(fā)光源，它可以被嵌入到硅芯片上所需的地方。"使用連續(xù)體中的束縛態(tài)使發(fā)光強(qiáng)度增加了一百多倍，"Dyakov說，并指出它可以使我們獲得兼容CMOS的光子集成電路。