通过原子级硅精细制备实现硅中光线操控新方法

 

近期，北亚利桑那大学助理教授Ryan Behunin与来自耶鲁大学和德克萨斯大学奥斯汀分校的物理学家合作，发现了一种控制硅中光线的创新方法。他们通过展示一种在硅片中利用声波放大光的新型激光器来证明他们的发现。就当前而言，该团队的研究成果在硅光子学领域取得了重大进展。 其中，北亚利桑那大学助理教授Behunin对该项目的理论和建模方面做出了突出贡献，且该研究结果发表在《科学》上。

NAU物理学家Ryan Behunin的研究探索了波动引起的现象和光学力学的物理现象，研究了光、声和物质相互作用的基本问题——从量子摩擦到激光噪声。(图片: Josh Biggs，北亚利桑那大学)

随着当今科技的发展，用波导替代导线是一种潜在的技术变革。具有在硅中操纵光的能力可能代表着计算机芯片技术的变革。

 Behunin表示：“我们目前已经投入数万亿美元来研究硅片，原因在于硅片是用来制作计算机芯片的材料。近期，通过我们的研究，我们可以在原子级别上对硅进行控制，制造出纯晶体硅晶片，甚至可以制造出具有相同原子量的原子的硅晶体。也正是有了这种精细的控制，科学家和工程师们已经在硅芯片上发明了一种设备，这种设备可以利用电力完成各种有用的任务。

 然而，这些设备中使用的电线传送和处理信息，但是由于电流产生的热量，导致能量损失，所以导致电线传送和处理信息效率相对较低。

 Behunin还说：“在我们正在研究的硅光子学领域，梦想是用光学等效物取代电线，用光取代波导，同时我们的想法也并不是天马行空，而是基于我们对硅片的广泛了解，创造出使用光源来高效快速处理信息的芯片。”

 然而，几十年来，充分发挥硅光子学的潜力一直是科学家们的挑战。由于硅元素的固有特性，在硅中产生激光非常困难- 这是硅光子学的关键成分。在这些发现的基础上，这个团队朝着解决这个问题迈出了一大步。

 随后，Behunin表示：“我们利用硅片展示了一种新型激光器——布里渊激光器，这个项目极大地扩展了光在硅片中的操作和控制方式。”

 该激光器是以法国物理学家莱昂布里渊的名字命名的，而且，我们也将光-声散射效应也命名为布里渊。该团队通过设计新的专用波导，使得布里渊激光器利用声音来放大光线。

 激光器的独特属性可以使应用程序从计时到编码和解码信息的新方案。布里渊激光器除了发光之外，还可以产生纯声波。其中，发射出来的光可以被用来驱动“光子电路”，声波可以被用来执行非常精密的传感器。而最令人吃惊的是这些操作全部可以在一个小芯片上实现的。

 利用硅片研究的布里渊激光器，我们还需要学习更多东西才能更好地将其应用于电子行业。Behunin说:“我们对这项工作只了解了皮毛。利用硅，我们可以创造一系列的激光设计，每种激光设计都具有针对特定应用定制的独特属性。”

 这项研究发表在了《科学》，是非常令人满意的。其中，Behunin作为论文的第二作者，宣布了该研究小组的研究成果。

 Behunin在他在著名期刊上发表的第一篇文章中这样说道：“我们的成果发表在在《科学》杂志上令我们刚到非常满足，而且难以置信。”同时，该论文的发表我们要感谢主要作者Nils Otterstrom、同为研究员的Eric Kittlaus以及耶鲁大学的首席调查员Peter Rakich为我们研究所做出的贡献 。

 Behunin 说：“Nils和Eric既聪明又勤奋。在研究中，他们各负其责，尼尔斯主管设计，制造和表征了激光器，埃里克则是开发了波导，为我们的研究做出来很大的贡献，而我主要参与了系统的理论研究以及建模方面。Peter作为首席研究员，我很荣幸能与这么棒的人合作，而且这种激光一直都是他的愿望，我们着手实现了它。“

 

转载自公众号：材料科技在线