В рамках государственной программы «Приоритет-2030» и стратегического проекта НИЯУ МИФИ «Радиофотоника и квантовая сенсорика» получены новые результаты в области интегральной радиофотоники. В их числе - компьютерная программа для расчета квантовых состояний.
Во всем мире растут информационные потоки. Не удивительно, что стандарты связи требуют перехода во все возрастающие области частот. Информация может быть передана только в виде колебаний. Если информации много, то и частота колебаний должна многократно возрастать. Это требует новых подходов, например, использования принципов радиофотоники.
«Радиофотоника требует новой компонентной базы, которая умела бы манипулировать со светом – его интенсивностью, фазой, длиной волны. Мы разрабатываем новые материалы и технологии для обеспечения радиофотонных компонентов. В рамках глобальной задачи развития технологий и компонентов радиофотоники мы выбрали наиболее критичное место – электрооптический модулятор, а также наиболее интересное и сложное направлений развития материалов – гетероструктуры на основе фосфида индия. Их преимущество в том, что, используя один тип технологий, можно совместить как активные, так и пассивные элементы фотоники разного типа – лазер, модулятор, фотодетектор, весь комплекс элементов, которые позволят создать фотонно-интегральные схемы для обработки сигналов, задач связи, радиолокации», – рассказал ведущий научный сотрудник Центра радиофотоники и СВЧ-технологий ИНТЭЛ, профессор Иван Васильевский
По словам Васильевского, сложность создания таких материалов том, что они содержат несколько десятков слоев наноразмерного масштаба, отличающихся по химическому составу. Для того чтобы правильно рассчитать конструкцию структур, химический состав, толщины, содержание лидирующих примесей, нужно иметь очень глубокое представление о физике процессов.
«Мы находимся на стыке фундаментальной физики полупроводников, квантовой физики наноструктур и задачами инжиниринга, когда нужно сделать работающий прибор. Многие разработчики не владеют детально квантовым моделированием, используют готовые программы. Мы исследовали возможности одной из таких зарубежных программ – там недостаточно ясен применяемый алгоритм, не все параметры раскрываются. Протестировав этот продукт, мы обнаружили, что его расчеты не всегда корректны. Тогда наш молодой ученый, кандидат наук Константин Гришаков создал программу, использовав усложненный подход, так называемый KP-метод, который учитывает квантовые взаимодействия близлежащих дырочных состояний. Мы уверены в этой программе, потому что знаем, на каких физических принципах она строится, какие приближения использует», – говорит Васильевский.
В оригинальной программе для расчета квантовых состояний, созданной молодым ученым НИЯУ МИФИ, используется очень сложная математика, сложные вычислительные уравнения. Зато ошибок расчета не возникает. И теперь можем рассчитывать все необходимые свойства полупроводниковых структур, сколь угодно сложных. Иван Васильевский уверен, что программа станет мощным и надежным инструментом, который исследователи, инженеры, разработчики смогут использовать как готовый комплекс, не вдаваясь в глубину квантово-физического моделирования и получая достоверный результат.
Программа, созданная в НИЯУ МИФИ, проводит расчеты в несколько раз быстрее коммерческой зарубежной программы, которую тестировали исследователи университета. По результатам расчета программы специалисты из МИФИ уже изготовили тестовые образцы, которые скоро начнут применять для разработки электрооптических компонент.