Российские ученые создали новый материал для нанофотоники

Исследователи совместили кремний и материал на основе германий-кремний-олова. Так получилась структура GeSiSn/Si, которую ученые поместили в фотонный кристалл. Новый материал может работать в коротковолновом инфракрасном диапазоне и усилит современные фотоприемники. Исследование опубликовано в журнале Materials Today Physics.Скоростная оптическая связь работает на основе оптоволоконного кабеля. В качестве сигнала в ней используется свет. Однако сегодня оптическая связь тратит слишком много энергии, а оптоволоконные кабели занимают много места. Проблема в том, что технологии, применяемые для создания передающих информацию источников излучения, несовместимы с кремниевыми схемами регистрации и обработки сигналов.Решить проблему попытались ученые из Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН (ИФП СО РАН) и СПбГЭТУ «ЛЭТИ». Для этого они исследовали оптические наноструктуры. Ученые выбрали полупроводниковые материалы IV группы, в которую входят углерод, кремний, германий, олово и свинец. Эти вещества совместимы с современной технологией массового производства кремниевой электроники.Затем исследователи приступили к сбору материала. В основу структуры они положили недорогую кремниевую подложку. На ней ученые вырастили кристаллические слои из олова, кремния и германия, которые разделили кремниевыми барьерами. Так получился материал GeSiSn/Si.Однако исследователям нужно было повысить эффективность взаимодействия света и нового вещества. Для этого они разработали фотонные кристаллы с отверстиями в виде цилиндра. Они сопряжены с новым материалом GeSiSn/Si. Фотонный кристалл действует как фильтр — он пропускает или отражает фотоны с разными энергиями.Полученную наноструктуру ученые передали в СПбГЭТУ «ЛЭТИ». Там инженеры проверили материал на дефекты и исследовали его параметры. Оказалось, что фотонно-кристаллическая структура в несколько раз усиливает сигнал в инфракрасном спектре.На основе нового материала ученые смогут создавать фотоприемники, оптоволоконные кабели и источники излучения в коротковолновом инфракрасном диапазоне.«Сейчас мы ведем разработку макетов устройств на их основе. Благодаря новому классу материалов Ge-Si-Sn будет расширен рабочий спектральный диапазон устройств нанофотоники, в том числе элементов интегральной фотоники, систем полностью оптической обработки информации и волоконно-оптических линий связи нового поколения», — рассказал Дмитрий Фирсов, соавтор исследования из СПбГЭТУ «ЛЭТИ».Автор: Ксения Земскова.