Российские ученые сравнили пять составов на основе германия, сурьмы и теллура, чтобы определить, какие из них лучше подходят для управления светом внутри фотонных чипов. Такие материалы могут использоваться для создания памяти, которая сохраняет данные без постоянной подачи энергии, а также оптических устройств для вычислений и обработки информации.
Исследователи из НИТУ МИСИС, МИЭТ, МПГУ, НПК «Технологический центр», Высшей школы экономики и Российского квантового центра изучили фазопеременные материалы. Под действием коротких лазерных импульсов они меняют свою структуру: из кристаллической переходят в аморфную или обратно. В каждом состоянии материал по-разному преломляет свет, а после переключения сохраняет новое состояние. Это свойство позволяет использовать его для записи информации.
«В разных состояниях материал имеет либо упорядоченную (кристаллическую), либо неупорядоченную (аморфную) структуру с сильно отличающимся показателем преломления. После воздействия лазера образец сохраняет определенное состояние и его можно использовать для хранения информации».
Григорий Гольцман, главный научный сотрудник Центра компетенций НТИ «Квантовые коммуникации» НИТУ МИСИС
Чтобы сравнить материалы в одинаковых условиях, ученые нанесли их на волноводы из нитрида кремния. Эти структуры проводят свет внутри чипа. Такой подход позволил оценить свойства самих составов, не меняя конструкцию устройства.
Исследователи учитывали, насколько сильно материал меняет оптический сигнал, как быстро происходит переключение и какого размера должна быть ячейка на волноводе. По словам Алексея Проходцова, инженера-исследователя лаборатории фотонных газовых сенсоров НИТУ МИСИС, одного показателя недостаточно, чтобы определить пригодность материала.
«Полученные результаты показывают, что состав материала напрямую влияет на то, насколько хорошо он подходит для управления светом на чипе. При этом нельзя выбрать материал только по одному показателю — важно учитывать одновременно и величину изменения сигнала, скорость переключения, а также размеры ячейки материала на волноводе из нитрида кремния».
Алексей Проходцов, инженер-исследователь лаборатории фотонных газовых сенсоров НИТУ МИСИС
Результаты могут помочь в разработке фотонной памяти, оптических вычислителей и нейроморфных сетей, в которых информация передается и обрабатывается с помощью света. Однако характеристики материалов могут меняться при использовании других волноводов или лазеров с иной длиной волны, поэтому условия работы потребуется дополнительно настраивать.
До практического применения таких решений ученым предстоит проверить, насколько долго материалы сохраняют записанное состояние и как стабильно работают при многократных переключениях.
«Для практического применения выбранных материалов еще необходимо проверить их долговечность, стабильность работы и сохранение записанного состояния».
Алексей Невзоров, научный сотрудник центра квантовых коммуникаций НТИ НИТУ МИСИС
Результаты исследования опубликованы в журнале Materials Science in Semiconductor Processing. Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда и Минобрнауки России.
Источник: Минобрнауки России
Читайте также:
В МАИ разработали турбовальный двигатель мощностью до 300 кВт для малой авиации
ИИ-сервис создает строительные чертежи для получения разрешений за несколько минут