美用迄今最薄半導體造出新型納米激光器， 有助下一代光計算設(shè)備取得突破

    迄今最薄的半導體可直接平鋪在光學空腔頂部。

    美國科學家們利用迄今最纖薄(僅為三個原子厚)的半導體，制造出一種新型納米激光器，其不僅能效更高，容易制造且可與目前的電子設(shè)備兼容。研究人員表示，這一研究成果為最終制造出用光而非電子傳輸信息的下一代計算設(shè)備奠定了堅實的基礎(chǔ)。

    從醫(yī)療到金屬切割再到電子產(chǎn)品，激光器都在其中扮演重要角色，但為了滿足現(xiàn)代計算、通訊、成像和傳感要求，科學家們一直希望能制造出體型更小且耗能更低的激光系統(tǒng)。華盛頓大學和斯坦福大學攜手研制的這款納米激光器，用僅僅三個原子厚的鎢基半導體作為發(fā)光“增益材料”，或?qū)M足上述要求。

    該研究主要負責人吳三豐(音譯)表示：“納米激光器中使用的鎢基半導體也是最近才問世，單層鎢基分子非常纖薄且能有效地發(fā)射光，科學家們已經(jīng)用它制造出了晶體管、二極管、太陽能電池等，現(xiàn)在，開始用它制造納米激光器。”

    盡管納米激光器體型嬌小，肉眼無法看到，但其可廣泛應(yīng)用于多個領(lǐng)域—從下一代計算設(shè)備到能監(jiān)測健康狀況的可植入微型芯片等。不過，以前研制出納米激光器使用的增益材料，要么更厚，要么被嵌入捕獲光的空腔結(jié)構(gòu)內(nèi)，這就使它們很難制造且不容易同現(xiàn)在的電路和計算設(shè)備完美融合。據(jù)物理學家組織網(wǎng)3月25日(北京時間)報道，最新納米激光器中使用的三個原子厚度的半導體能直接放在常用的光學空腔內(nèi)，因此，能與組成激光器的關(guān)鍵元素有效地結(jié)合在一起。而且，只需27納瓦的電力就能讓其發(fā)射光，能效極高。

    該研究的聯(lián)合作者、華盛頓大學電子工程和物理學助理教授阿卡·馬優(yōu)姆達表示，新型納米激光器的另一個優(yōu)點是很容易制造，也可與電子設(shè)備中常見的硅原件一起工作;另外，使用原子板作為增益材料不僅讓其用途廣泛且能更好地對其屬性進行控制。最新的納米激光技術(shù)讓科學家們朝著光子計算和短距離光通訊邁出了重要一步。接下來，他們打算對激光發(fā)射的光的屬性進行更深入的研究。

    研究人員希望他們能進一步制造出電驅(qū)動的納米激光器，最終實現(xiàn)用光而非電子在計算機芯片和主板間傳輸信息。目前的信息傳輸過程可能導致系統(tǒng)過熱，可能也會浪費大量能源，因此，包括臉譜、惠普和因特爾等擁有大量數(shù)據(jù)中心的巨頭都對能效更高的解決方案感興趣。使用光子而非電子來傳輸信息耗能更少，且有望使下一代計算設(shè)備突破目前的帶寬和能量限制。

    我們都知道使用光纖上網(wǎng)的速度會比普通電線要快得多，實際上利用光電子器件產(chǎn)生光信號來傳遞信息，已具備替代傳統(tǒng)電子電路的潛力。其中，研制更快、更小、更節(jié)能的光子發(fā)射器來實現(xiàn)半導體激光器的微型化將是關(guān)鍵技術(shù)之一，本研究在這方面提供了一種技術(shù)方案。隨著物聯(lián)網(wǎng)時代的來臨，這項技術(shù)還將在超級計算機芯片、高敏感度生物傳感器以及下一代通信設(shè)備等多個領(lǐng)域擁有廣闊的應(yīng)用空間。