دانشمندان در آیندهوون موفق به ساخت سیلیکون فوتونیک شدند

دانشمندان از حدود ۵۰ سال پیش در تلاش هستند تا ماده‌ی سیلیکونی با توانایی تابش نور تولید کنند. چنین دستاوردی همیشه به‌عنوان هدفی دور از دسترس دانشمندان تصور می‌شود و جامعه‌ی میکروالکترونیک به آن به چشم مفهومی دست‌نیافتنی نگاه می‌کرد. درنهایت تولید این ماده می‌تواند به ارتباط بسیار سریع بین تراشه‌ها منجر شود که با تولید گرمای کمتر و بازدهی نیروی بیشتر همراه می‌شود.

محققان در دانشکده‌ی فناوری آیندهوون (TU/e) تاحدودی موفق به حل چالش نیم‌قرنی دنیای الکترونیک شده‌اند. آن‌ها آلیاژ سیلیکون شش‌ضلعی طراحی کردند که توانایی تابش نور دارد. شکل شش‌ضلعی فاکتور کلیدی در ساختن نوار ممنوعه‎ای با توانایی تابش فوتون است. اریک بکرز، رهبر تیم تحقیقاتی درباره‌ی دستاورد جدید می‌گوید:

معمای اصلی در طبیعت نوار ممنوعه‌ی یک ماده‌ی نیمه‌هادی نهفته است. اگر یک الکترون از نوار رسانایی به نوار ظرفیت وارد شود، نیمه‌هادی توانایی تابش فوتون یا همان نور را خواهد داشت.

در سیلیکون‌های مرسوم مکعبی، نوارهای رسانایی و ظرفیت جانمایی منظمی ندارند و درنتیجه نوار ممنوعه‌ی مستقیمی تشکیل نمی‌شود. درنهایت تابش فوتون از آن سیلیکون‌ها ممکن نیست. حدود ۵۰ سال پیش این ادعا مطرح شده بود که آلیاژ سیلیکون و ژرمانیم در ترکیبی شش‌ضلعی، احتمالا دارای نوار ممنوعه‌ی مستقیم خواهد بود. تنها مشکلی که از آن سال‌ها باقی ماند، تولید چنین آلیاژی بود.

مشکل ساختن آلیاژها تا سال‌‌ها به‌قوت خود باقی بود، تا اینکه نانوتیوب‌ها و نانووایرها کشف شدند. تیم تحقیقاتی آیندهوون، در سال ۲۰۱۵ موفق به ساخت سیلیکون با پیکربندی شش‌ضلعی شد. آن‌ها ابتدا نانووایرها را از یک ماده‌ی دیگر رشد دادند و سپس از آن‌ها به‌عنوان الگویی برای توسعه‌ی سیلیکون شش‌ضلعی در پوسته‌ی ژرمانیم استفاده کردند.

الهام فدالی عضو تیم تحقیقاتی و یکی از نویسنده‌های مقاله‌ی حاصل از تحقیقات درباره‌ی کشف جدید می‌گوید:

ما توانستیم ماده را به‌گونه‌ای بسازیم که اتم‌های سیلیکون در الگویی شش‌ضلعی منظم شوند. درنتیجه اتم‌ها را مجبور کردیم تا در ساختار شش‌ضلعی رشد کنند.

محققان برای پیشرفت دستاورد خود اکنون به یک لیزر سازگار با سیلیکون نیاز دارند. آن‌ها ادعا می‌کنند که تا پیش از پایان سال جاری به این دستاورد خواهند رسید. بکرز درباره‌ی لیزر مذکور می‌گوید:

اگر همه‌ی شرایط به‌خوبی پیش بروند، می‌توانیم در سال ۲۰۲۰ یک لیزر مبتنی بر سیلیکون بسازیم. این دستگاه، ادغام عمیق عملکرد اپتیکی را در پلتفرم الکترونیک ممکن می‌کند. درنهایت فرصت‌‌ها و ظرفیت‌های جدیدی برای کاربرد ارتباط بین تراشه‌ای ایجاد می‌شود و می‌توان حسگرهای شیمیایی مبتنی بر طیف‌سنجی را به‌صورت مقرون‌به‌صرفه‌تر تولید کرد.

از آنجایی که فوتون‌ها مورد مقاومت قرار نمی‌گیرند و درگیری کمتری با محیط رسانای خود ایجاد می‌کنند، درنهایت شاهد تولید گرمای کمتر در آن‌ها هستیم. درنتیجه مصرف نیرو نیز برای انتقال داده با آن‌ها به‌میزان قابلی‌توجهی کاهش می‌یابد. کارشناسان پیش‌بینی می‌کنند که با پیاده‌سازی دستاوردهای جدید می‌توان در سیلیکو‌ن‌های فوتونیک آینده، سرعت ارتباط روی تراشه و بین تراشه‌ها را تا هزار برابر افزایش داد. از کاربردهای ملموس فناوری نیز می‌توان به موارد متعددی همچون رادارهای مبتنی بر لیزر برای خودروهای خودران و حسگرهای شیمیایی مورد استفاده در صنایع غذا و دارو اشاره کرد.

 

منبع: سایت زومیت