В современных компьютерах данные между кремниевыми элементами микросхем передаются с помощью электрического тока, текущего по медной проволоке. Инженеры давно ищут замену этой "древней" технологии: один из вариантов - заменить ее лучами света, распространяющимися по оптоволокну.
Такое решение позволило бы увеличить скорость передачи данных в тысячу раз. Кроме того, оптоволокно, в отличие от медного провода, практически не нагревается в процессе работы. Это позволит, во-первых, сэкономить на потерях электроэнергии и на системе охлаждения. Во-вторых, электронные компоненты можно будет располагать теснее, чем сейчас, не опасаясь перегрева (чем "плотнее" микросхема, тем больше ее производительность при тех же размерах). Осталось найти подходящий источник света.
Однако основа современных микросхем — кремний с кубической кристаллической решеткой, он не годится для этой цели.
Исследователи экспериментируют с арсенидом галлия и фосфидом индия, но эти материалы относительно редкие и дорогие, к тому же их трудно интегрировать в существующие (и, это важно, широко распространенные) кремниевые микрочипы.
Кремний же добывается из песка, которого на нашей планете предостаточно. Он дешев и повсеместно используется в электронике, все технологические процессы "заточены" под него. Создание лазера на основе кремния позволило бы решить множество задач одновременно, в том числе и проблему интеграции с существующими микрочипами.
Хорошие новости пришли из Технического университета Эйндховена (Голландия): в рамках европейского проекта SiLAS международному коллективу физиков впервые удалось создать вещество на основе кремния, которое эффективно излучает свет. Речь идет о соединении кремния и германия, имеющем гексагональную кристаллическую решетку.
Теоретики еще 50 лет назад спрогнозировали, что подобный материал будет эффективным источником фотонов. Но синтезировать его удалось только в 2015 году.
Для разработки столь перспективного материала в 2017-м был запущен европейский проект SiLAS, участниками которого стали Голландия (с правами координатора), Великобритания, Германия, Австрия и Швейцария. Проект по созданию кремниевого лазера обошелся бюджету Евросоюза почти в 4 миллиона евро, но одна из основных задач выполнена: за это время ученым удалось уменьшить количество примесей и дефектов решетки в кристалле, доведя его до "оптического" качества.
"К настоящему времени мы получили оптические свойства, почти сопоставимые с [параметрами] фосфида индия и арсенида галлия, и качество материала стремительно улучшается. Если дела пойдут гладко, мы сможем создать лазер на основе кремния в 2020 году", — обещает руководитель проекта Эрик Баккерс (Erik Bakkers) из Технического университета Эйндховена.
Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале Nature.
Финансирование проекта SiLAS заканчивается в конце 2020 года. Ученым еще предстоит выполнить вторую важную задачу: найти оптимальный способ интеграции деталей из нового материала в чипы из обычного кремния.
Ранее "Вести.Наука" рассказывали об испускающем одиночные фотоны материале, который позволит реализовать квантовый интернет, и об излучающих "искусственных атомах" для компьютеров будущего.