ТАСС, 11 февраля. Нобелевский лауреат Константин Новоселов и его коллеги выяснили, что перспективный полупропроводниковый материал дисульфид молибдена можно использовать как замену кремния в фотонных приборах. Об этом пишет пресс-служба МФТИ со ссылкой на статью в журнале Nature Communications.
"Неожиданно оказалось, что природные материалы с аномально высоким показателем двойного лучепреломления, такие как дисульфид молибдена, позволяют создавать сверхкомпактные волноводы. Это дает нам возможность конкурировать с кремниевой фотоникой, и теперь мы смело можем не только говорить о посткремниевой фотонике, но и реализовывать ее на практике", – рассказал один из авторов исследования, профессор МФТИ Валентин Волков.
Электромагнитные волны, в том числе и видимый свет, переносят информацию гораздо эффективнее и быстрее электрических сигналов, которые применяют в классической полупроводниковой электронике. Поэтому физики и инженеры давно пытаются заменить транзисторы и металлические дорожки внутри чипов на их оптические аналоги.
Сделать это очень сложно, поскольку размеры элементов в современных электронных приборах гораздо меньше так называемого дифракционного предела – половины длины волны видимого света или инфракрасного излучения. Это не позволяет создавать миниатюрные зеркала и другие оптические приборы, которые могут управлять движением света, так как его лучи начнут просто огибать подобные препятствия.
Поэтому, по словам Волкова, ученые разрабатывают волноводы и другие фотонные приборы, которые преобразуют световые волны в иные типы колебаний. С их помощью можно будет транспортировать, а также манипулировать ими на более мелких масштабах. Как правило, подобные устройства изготавливаются из кремния и его комбинации с другими полупроводниками.
Компактная замена для кремния
Новоселов, Волков и их коллеги обнаружили, что волноводы и многие другие компоненты фотонных компьютеров можно сделать еще более компактными, если заменить кремний на дисульфид молибдена (MoS2) – перспективный полупроводниковый материал, способный образовать плоские двумерные листы, подобно графену.
Это вещество необычным образом взаимодействует со светом, расщепляя его луч на две части при прохождении частиц света через тонкую пластинку из MoS2. Такой эффект, так называемое двойное лучепреломление, активно используют при создании жидкокристаллических дисплеев и других приборов, где необходимо управлять движением света.
Опыты авторов статьи показали, что дисульфид молибдена в несколько раз превосходит в этом отношении все другие материалы подобного рода при взаимодействиях с видимым и инфракрасным светом. Это позволяет использовать его для создания очень компактных и тонких волноводов и прочих компонентов световых компьютеров и других фотонных приборов.
Получив столь удивительные результаты, исследователи просчитали то, как дисульфид молибдена будет взаимодействовать с частицами света, используя законы квантовой механики. Эти расчеты подтвердили результаты практических экспериментов, указав на то, что этот материал действительно можно использовать для создания суперкомпактных волноводов длиной или шириной порядка 100 нанометров.
По словам ученых, дисульфид молибдена хорошо совместим с современными технологиями производства различных компонентов оптических чипов. Физики надеются, что это позволит ему уже в ближайшие годы стать основой для различных фотонных приборов и световых компьютеров будущего.