Кремниевая революция: учёные заставили обычный кремний ярко излучать свет⁠⁠

Кремниевая фотоника долгое время считалась крайне сложным и местами даже тупиковым направлением. Главная проблема в том, что обычный кремний — непрямозонный полупроводник, а значит он плохо подходит для эффективного излучения света. Именно из-за этого фотонные вычислители и квантово-оптические интегральные схемы получались слишком дорогими, громоздкими и сложными в производстве.

Но теперь ситуация начала меняться. Исследователи из UC Irvine показали, что даже самый обычный объёмный кремний с кубической кристаллической структурой можно заставить эффективно излучать свет в широком диапазоне — от видимого до ближнего инфракрасного. Для этого они использовали сверхмалые металлические наночастицы и сформировали квантовые ловушки, в которых фотоны получают необычное распределение импульса. Это позволяет фактически компенсировать врождённую непрямозонность кремния и открыть новый канал радиационной рекомбинации с минимальными тепловыми потерями.

Проще говоря, учёные нашли способ организовать взаимодействие света и кремния так, как раньше это считалось почти невозможным. Если направление подтвердится и будет развиваться дальше, это может стать основой для полностью интегрированной кремниевой фотоники — когда источники света, детекторы и логические элементы будут создаваться на одной и той же кремниевой платформе. А это уже огромный шаг к более дешёвым, масштабируемым и быстрым фотонным чипам для дата-центров, ИИ и сверхскоростных межсоединений.