Крошечные проводники, в тысячи раз тоньше человеческого волоса, изготовленные из полупроводниковых материалов являются крайне важным элементом множества полупроводниковых приборов и интегральных схем. Благодаря нанопроводникам исследователи разрабатывают не только более высокоскоростные транзисторы, но и объединяют оптические приборы с полупроводниковыми приборами, с графеном и с углеродными нанотрубками на одной кремниевой подложке, позволяя обмениваться информацией в пределах чипа при помощи световых сигналов.
Использование оптических коммуникаций любого вида подразумевает то, что требуется произвести преобразование информации из электрической формы, используемой полупроводниковыми схемами, в форму световых сигналов. Вполне естественно, что на обратном конце коммуникационного канала требуется выполнение обратного преобразования. Для выполнения двух вышеупомянутых типов преобразований используются различные материалы, легированные кремний и германий, выступающие в качестве детекторов света, и материалы III-V полупроводниковых групп, которые эффективно излучают свет. Но в скором будущем, благодаря новому открытию, такая ситуация может измениться и для детектирования и для излучения света будет использоваться один и тот же материал.
В публикации, опубликованной в журнале Nature Communications, исследователи из подразделения компании IBM Research в Цюрихе продемонстрировали, что нанопроводники их полупроводникового материала могут выступать в качестве высокоэффективных излучателей света и в качестве чувствительных фотодетекторов. А воздействие, которое заставляет материал переключить свои функции, является всего лишь приложенное к нему механическое напряжение. Используя вышеупомянутое физическое явление, исследователи окажутся в состоянии объединить функции источника и приемника световых сигналов в рамках одного и того же элемента из определенного материала. Это, в свою очередь, позволит значительно уменьшить сложность будущих кремниевых нанофотонных полупроводниковых чипов.
“Когда мы растягиваем нанопроводник вдоль его длины, он переходит в состояние, которое мы называем прямой запрещенной зоной (direct bandgap). В этом состоянии он может эффективно излучать свет. Но когда мы начинаем сжимать нанопроводник вдоль его оси, материал в корне меняет свои электронные свойства и прекращает излучать свет. Он переходит в состояние, называемое “псевдопрямым”, и в этом состоянии полупроводники III-V группы ведут себя подобно кремнию или германию, становясь прекрасными датчиками света” – рассказывает Джорджио Синьорелло (Giorgio Signorello), ученый компании IBM.
“Эти удивительные и уникальные свойства нанопроводников являются следствием того, что их атомы упорядочены особым образом. Мы называем эту особую кристаллическую структуру термином “Wurtzite”. Коренные изменения электронных свойств такой кристаллической структуры происходит лишь при очень маленьких воздействиях на нанопроводники, если воздействие может быть увидено невооруженным глазом, то оно не окажет кардинальных изменений свойств материала. И это все является одним из ярких примеров возможностей современных нанотехнологий”.
