Ученые нашли материалы для энергонезависимых оптических чипов будущего
Ученые НИТУ МИСИС совместно с коллегами из МИЭТ, МПГУ, НПК «Технологический центр», НИУ ВШЭ и Российского квантового центра определили наиболее перспективные материалы для изготовления фотонных чипов, которые управляются светом непосредственно на микросхеме. Они могут применяться для создания фотонной памяти, полностью оптических нейроморфных сетей и других устройств для передачи и обработки информации.
Где это пригодится?
Сфера применения фотонных чипов обширна: оптические процессоры для ускорения матричных умножений, лежащих в основе работы нейросетей; экспресс-диагностика заболеваний с помощью спектрального анализа света; передача данных на сверхвысоких скоростях через оптоволокно; компактные твердотельные лидары для беспилотных машин; генерация и распределение квантовых ключей в системах защищенной связи; высокоточные оптические датчики для промышленности, экологии и сельского хозяйства.
В чем суть?
Для управления светом на чипе исследователи изучали фазопеременные материалы, которые меняют состояние под действием коротких лазерных импульсов. 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.
Результаты
Ученые сравнили пять составов на основе соединений германия, сурьмы и теллура и выбрали наиболее перспективные. Все материалы наносили на одинаковые волноводы из нитрида кремния, по которым свет распространяется внутри чипа, — это позволило сравнить свойства, не меняя конструкцию устройства. Лучшее сочетание контраста и скорости переключения показали составы GeSbTe и GeSbTe. По мнению исследователей, они могут прийти на смену широко используемому сегодня GeSbTe.
Что дальше?
Полученные результаты могут стать основой для дальнейшей разработки фотонных устройств с энергонезависимой памятью — таких, которые сохраняют записанное состояние без постоянной подачи энергии. Для практического применения выбранных материалов еще необходимо проверить их долговечность, стабильность работы и сохранение записанного состояния.
