Медь может произвести революцию в нанофотонике


Медь может произвести революцию в нанофотонике25.02.16
Исследователи из Московского физико-технического института (МФТИ) экспериментально продемонстрировали, что нанофотонные компоненты на основе меди могут успешно работать в фотонных устройствах – ранее считалось, что необходимыми для этого свойствами обладают только компоненты на основе золота и серебра. Медные компоненты не только не уступают аналогам на «благородных» металлах, но и, в отличие от них, легко интегрируются в микросхемы в стандартном технологическом процессе. «Это своего рода революция – использование меди решает одну из главных проблем нанофотоники как таковой», - говорят авторы работы.
Открытие было сделано в рамках так называемой нанофотоники – области, исследований, работающей в том числе над тем, чтобы заменить существующие в вычислительных устройствах компоненты на более совершенные за счет использования фотонов вместо электронов. Однако, в то время как основной компонент современной электроники, транзистор, может быть уменьшен до нескольких единиц нанометров, дифракция света ограничивает минимальные размеры фотонных компонентов величиной приблизительно равной длине волны света (порядка 1 мкм). Несмотря на фундаментальность этого так называемого дифракционного предела, его возможно преодолеть используя металл-диэлектрические структуры и создать действительно наноразмерные фотонные компоненты. Во-первых, большинство металлов обладают отрицательной диэлектрической проницаемостью на оптических частотах, и свет не может в них распространяться, проникая на глубину всего лишь около 25 нм. Во-вторых, свет может быть преобразован в поверхностные плазмон-поляритоны, поверхностные волны распространяющиеся вдоль поверхности металла. Таким образом становится возможным перейти от привычной трехмерной к фактически двумерной фотонике на основе поверхностных плазмонов, известной как плазмоника, и управлять светом уже на масштабах порядка 100 нм, то есть далеко за дифракционным пределом.

Ранее считалось, что для создания эффективных фотонных металл-диэлектрических наноструктур могут использоваться только два металла – золото и серебро, – в то время как все остальные металлы характеризуются настолько большим поглощением, что не могут быть альтернативой этим двум материалам. Однако на практике создавать компоненты на основе золота и серебра не представляется возможным, потому что оба металла, будучи «благородными», практически не вступают в химические реакции, а значит, из них крайне трудно, дорого и в большинстве случаев просто невозможно создавать наноструктуры – основу современной фотоники.

Исследователи из лаборатории нанооптики и плазмоники МФТИ нашли решение этой проблемы. На основании обобщения теории для так называемых плазмонных металлов они еще в 2012 г. выяснили, что медь как оптический материал может не только составить конкуренцию золоту, но и превзойти его. В отличие от золота, медь можно довольно легко структурировать, использую жидкостное или плазменное травление, и создавать на ее основе наноразмерные компоненты, которые легко интегрируются в фотонные или электронные интегральные схемы на основе кремния. Исследователям понадобилось более двух лет, чтобы закупить необходимое оборудование, разработать технологический процесс, изготовить образцы, провести множество независимых измерений и экспериментально подтвердить эту гипотезу. «В результате нам удалось создать медные чипы, оптические свойства которых ни в чем не уступают золотым аналогам, – сказал лидер исследования Дмитрий Федянин. - Более того, мы добились этого в производственном цикле, совместимом с КМОП-технологией, которая является основой всех современных интегральных схем, включая микропроцессоры. Это своего рода революция в нанофотонике».

Исследователи отмечают, что оптические свойства тонких поликристаллических медных пленок определяются их внутренней структурой, и умение управлять этой структурой, достигать и повторяемо воспроизводить необходимые параметры в технологических циклах – наиболее трудная задача. Однако им удалось ее решить, продемонстрировав, что возможно не просто добиться нужных свойств меди, но и сделать это в наноразмерных компонентах, которые можно интегрировать как с кремниевой наноэлектроникой, так и с кремниевой нанофотоникой. «Мы провели эллипсометрию медных пленок, а затем подтвердили полученные результаты с помощью ближнепольной оптической микроскопии наноструктур. Это доказывает, что свойства меди не ухудшаются в ходе всего процесса изготовления наноразмерных плазмонных компонентов», - отметил Дмитрий Федянин.

Эти исследования создают фундамент для начала практического использования медных нанофотонных и плазмонных компонентов, которые уже в ближайшем будущем будут использованы при создании светодиодов, нанолазеров, высокочувствительных сенсоров и датчиков для мобильных устройств, высокопроизводительных оптоэлектронных процессоров, насчитывающих до нескольких десятков тысяч ядер, для видеокарт, персональных компьютеров и суперкомпьютеров.

25.02.16
Эту новость посмотрело 491 человек

Последние новости отрасли

ЧерМК поставит 0,5 тыс. т биметаллов для Волгограднефтемаша16.08.16
ЧерМК поставит 0,5 тыс. т биметаллов для Волгограднефтемаша

В топ-менеджменте ММК - кадровые перестановки16.08.16
В топ-менеджменте ММК - кадровые перестановки

В России создан крупнейший угольный портовый холдинг16.08.16
В России создан крупнейший угольный портовый холдинг

Ростех сохранил заинтересованность в освоении Томтора16.08.16
Ростех сохранил заинтересованность в освоении Томтора

Чистая прибыль ММК увеличилась в первом полугодии05.08.16
Чистая прибыль ММК увеличилась в первом полугодии

На ВИЗ-Стали проходит первый конкурс сотрудников с высоким потенциалом «ТОП-1000»05.08.16
На ВИЗ-Стали проходит первый конкурс сотрудников с высоким потенциалом «ТОП-1000»

В Тюмени построят трубный завод05.08.16
В Тюмени построят трубный завод

Рейтинг группы НЛМК превысил рейтинг России05.08.16
Рейтинг группы НЛМК превысил рейтинг России

Тульская область пока не станет редкоземельным регионом05.08.16
Тульская область пока не станет редкоземельным регионом

ЧМК отмечен за высокую социальную эффективность03.08.16
ЧМК отмечен за высокую социальную эффективность


Получить сайт бесплатно!

При регистрации сайта Вы получаете пароль для управления сайтом, который подходит для входа в личный кабинет - зарегистрироваться

Вход в личный кабинет

.steelsite.ru
Забыли пароль?

Визитов экспресс-сайтов сегодня: 925



Анонсы и статьи компаний


Основные узлы для универсального фрезерного станка с поворотной головой

Листовой металлопрокат: основные виды, их свойства и применение
Основные критерии выбора токарного станка с ЧПУ

Как открыть железную входную дверь, если заклинил замок?


Комплект модельной оснастки для изготовления отливки станины станка КМВ-5



Зачем я здесь? (О проекте) | ЧаВо(FAQ) | Реклама на портале | Напишите нам