Kaliforniya Universiteti, İrvin tərəfindən

Stephanie Baum tərəfindən redaktə edilib , Robert Egan tərəfindən nəzərdən keçirilib

 Redaktorların qeydləri

 GIST

Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin

Qrafik xülasə. Müəllif: Nano Letters (2026). DOI: 10.1021/acs.nanolett.6c00596

Kaliforniya Universitetinin İrvin şəhərindən olan alimlərin rəhbərlik etdiyi beynəlxalq tədqiqatçılar qrupu, müasir elektronika və fotonikadakı ən davamlı məhdudiyyətlərdən birini aradan qaldırmaqla, silikonun işıq yaymasının tamamilə yeni bir yolunu nümayiş etdirib. Alimlər Nano Letters jurnalında dərc olunan işlərində göstərirlər ki, dolayı zolaq boşluğuna görə uzun müddət səmərəsiz işıq yayıcısı hesab edilən silikon parlaq, genişzolaqlı mənbəyə çevrilə bilər. Tədqiqatçılar silikondan tərkibini və ya quruluşunu dəyişdirmədən ənənəvi toplu formada emissiyalar istehsal ediblər. Bunun əvəzinə, irəliləyiş işığın özünün xüsusiyyətlərini dəyişdirməkdən irəli gəlir.

Tədqiqatın ilk müəllifi Dr. Aleks Noskov bildirib ki, “Silikon onilliklərdir elektronikanın təməlidir, lakin onun səmərəli şəkildə işıq yayma qabiliyyəti fotonika üçün əsas maneə olaraq qalır. Burada nümayiş etdirdiyimiz şey tamamilə fərqli bir yanaşmadır. Materialı dəyişdirmək əvəzinə, işığı dəyişdiririk. Və bu, silikonun onunla necə qarşılıqlı təsir göstərə biləcəyi üçün tamamilə yeni yollar açır.”

Ənənəvi optikada fotonlar bərk cisimdəki elektronlarla müqayisədə çox az impuls daşıyır. Bu uyğunsuzluq silisiumda səmərəli işıq yayılmasının qarşısını alır, çünki şüalanma rekombinasiyası həm enerji, həm də impulsun qorunmasını tələb edir. Nəticədə, silisium şüalanmaya kömək etmək üçün kristal qəfəsinin titrəmələri olan fononlardan istifadə edir və bu da prosesi olduqca səmərəsiz edir.

Alimlər aşkar ediblər ki, işığın son dərəcə kiçik, nanometr miqyaslı ölçülərlə məhdudlaşdırılması zamanı bu məhdudiyyət aradan qaldırıla bilər . Belə yüksək dərəcədə məhdud vəziyyətdə fotonların impuls spektri əhəmiyyətli dərəcədə genişlənir və materialdakı elektronların impuls spektri ilə müqayisə edilə bilən dəyərlərə çatır.

Tədqiqatın baş müəllifi, professor Dima Fişman izah etdi ki, “Foton impulsu artıq əhəmiyyətsiz deyil, bu da onu yarımkeçiricidəki elektron impulsu ilə eyni səviyyədə qoyur. Bu, normalda fononların heç bir kömək olmadan birbaşa baş verməsini tələb edən silikonda optik keçidlərə imkan verir.”(a) Toplu silikonda optik keçidlərin sxemi. Absorbsiya proseslərinə bənzər şəkildə, keçiricilik zolağının dibindən keçidlər impulsu qorumaq üçün fonon köməyi tələb edir ki, bu da toplu silikonun təbii olaraq aşağı emissiya səmərəliliyinə gətirib çıxarır. (b) Toplu silikonun emissiya spektri, görünən diapazonda Raman səpələnməsindən (mavi) və yaxın infraqırmızı spektral diapazonda keçiricilik zolağının dibindən fonon köməkli emissiyadan (qırmızı) töhfələr göstərir. 532 nm, 0,5 mVt və 0,75 NA istifadə edərək həyəcanlanma. Kredit: Nano Letters (2026). DOI: 10.1021/acs.nanolett.6c00596

Silikon üzərində həddindən artıq işığın məhdudlaşdırılması mühəndisliyi

Təcrübə yolu ilə, komanda bu həddindən artıq məhdudiyyətə silikon səthləri ultra kiçik, 2 nanometrdən kiçik metal hissəcikləri ilə bəzəməklə nail oldu. İşıqlandırma altında silikon səthi görünən və yaxın infraqırmızı spektral diapazonu əhatə edən intensiv, ultragenişzolaqlı işıq yaymağa başladı.

Diqqətəlayiq haldır ki, emissiya səth bəzəklərinin material mənşəyinə həssas deyil və bu da təsirin əsasən materialın kimyasından daha çox işıq məkanının məhdudlaşdırılması dərəcəsi ilə idarə olunduğunu göstərir. Bundan əlavə, emissiya səmərəliliyi ənənəvi birbaşa zolaqlı yarımkeçiricilərin səmərəliliyinə yaxınlaşır ki, bu da toplu silikon üçün fövqəladə bir nəticədir.

Tədqiqatın digər aparıcı müəllifi professor Erik Potma bildirib ki, “Bu, işıq-maddə qarşılıqlı təsirləri haqqında düşüncə tərzimizdə tamamilə dəyişiklikdir. Ənənəvi olaraq, materiallardakı optik keçidlər elektron quruluşları ilə sabit hesab olunur. Burada biz göstəririk ki, işığın impulsunu mühəndisliklə təmin etməklə bu qaydaları yenidən formalaşdıra və tamamilə yeni şüalanma yollarını yarada bilərik.”

İşıq emissiyası qaydalarının yenidən yazılması

Nəticələr tək bir materialdan daha çox şeyə aiddir. Həm enerjinin, həm də impulsun eyni vaxtda dəyişdiyi sözdə “diaqonal” keçidləri təmin etməklə, yanaşma onilliklər boyu məhdud dolayı yarımkeçiricilərə malik olan fundamental məhdudiyyəti effektiv şəkildə aşır. Silisiumda bu, həm ənənəvi emissiya, həm də qeyri-radiasiya itkilərini üstələyən yeni bir radiasiya rekombinasiya kanalının yaranmasına səbəb olur.

Potma əlavə edib ki, “Bu iş absorbsiya sahəsindəki əvvəlki tapıntılarımıza əsaslanır, lakin çox vacib bir addım daha irəli gedir. İndi biz eyni fiziki prinsipin səmərəli emissiyaya imkan verdiyini göstəririk. Başqa sözlə, biz işığın materiallarda elektron keçidləri birbaşa idarə edə biləcəyi yeni bir rejim açırıq.”

Bu kəşf , işıq mənbələrinin, detektorların və elektron komponentlərin eyni platformada birlikdə mövcud ola biləcəyi tam inteqrasiya olunmuş silikon fotonikasının təməlini qoyur . Belə inteqrasiya uzun müddətdir ki, optik rabitədən neyromorfik və foton əsaslı hesablamalara qədər müxtəlif texnologiyalar üçün bir məqsəd olub.

Gündəlik məlumat üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosdakı ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz bülletenimizə abunə olun və vacib olan nailiyyətlər, innovasiyalar və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniliklərdən xəbərdar olun .

Gələcək fotonika üzərində daha geniş təsir

Silikondan başqa, impulsla idarə olunan foton vəziyyətləri konsepsiyası, optik keçidlərin impulsun qorunması ilə məhdudlaşdırıldığı digər materiallara da geniş şəkildə tətbiq oluna bilər. Materialları yenidən dizayn etmək əvəzinə, işığı şərtləndirməklə yanaşma, optoelektron cihaz mühəndisliyi üçün miqyaslı və potensial olaraq transformativ bir yol təqdim edir.

Fişman dedi: “Foton impulsu mühəndislik edilə bilən parametrə çevrildikdə nəyin mümkün olduğunu araşdırmağa yeni başlayırıq. Bu, optik texnologiyaların dizaynını kökündən dəyişdirə bilər.”

Tədqiqatçılar bu prinsipə əsaslanan silikon əsaslı işıq saçan cihazlar hazırlamağa davam etdikcə, onların tapıntıları elektronika və fotonika arasındakı uzun müddətdir davam edən uçurumun nəhayət müasir texnoloji dünyanın əsasını təşkil edən eyni materialdan istifadə etməklə aradan qaldırıla biləcəyi bir gələcəyə işarə edir.

Nəşr detalları

Aleksei I. Noskov və digərləri, Dolayı Zolaq Boşluğunun Aşılması: Momentum Mühəndisliyi ilə Yaradılmış Fotonik Vəziyyətlər Vasitəsilə Səmərəli Silikon Emissiyası, Nano Məktublar (2026). DOI: 10.1021/acs.nanolett.6c00596

Jurnal məlumatı: Nano Məktublar