美國科學(xué)家們利用迄今最纖薄(僅為三個(gè)原子厚)的半導(dǎo)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(jì)算設(shè)備奠定了堅(jiān)實(shí)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(jì)算、通訊、成像和傳感要求，科學(xué)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(xué)和斯坦福大學(xué)攜手研制的這款納米激光器，用僅僅三個(gè)原子厚的鎢基半導(dǎo)體作為發(fā)光“增益材料”，或?qū)M足上述要求。
該研究主要負(fù)責(zé)人吳三豐（音譯）表示：“納米激光器中使用的鎢基半導(dǎo)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(xué)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(gè)領(lǐng)域—從下一代計(jì)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(jì)算設(shè)備完美融合。據(jù)報(bào)道，最新納米激光器中使用的三個(gè)原子厚度的半導(dǎo)體能直接放在常用的光學(xué)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(xué)電子工程和物理學(xué)助理教授阿卡·馬優(yōu)姆達(dá)表示，新型納米激光器的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)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(jìn)行控制。最新的納米激光技術(shù)讓科學(xué)家們朝著光子計(jì)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(jìn)行更深入的研究。
研究人員希望他們能進(jìn)一步制造出電驅(qū)動(dòng)的納米激光器，最終實(shí)現(xiàn)用光而非電子在計(jì)算機(jī)芯片和主板間傳輸信息。目前的信息傳輸過程可能導(dǎo)致系統(tǒng)過熱，可能也會浪費(fèi)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(jì)算設(shè)備突破目前的帶寬和能量限制。
小結(jié)：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(shí)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(shí)現(xiàn)半導(dǎo)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(shí)代的來臨，這項(xiàng)技術(shù)還將在超級計(jì)算機(jī)芯片、高敏感度生物傳感器以及下一代通信設(shè)備等多個(gè)領(lǐng)域擁有廣闊的應(yīng)用空間。
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