کوچکترین حفره سیلیکونی به دام انداختن نور جهان متولد شد: خودآرایی در سطح اتمی منابع نور کوانتومی تولید می کند

افزایش قدرت برهمکنش بین نور و ماده برای تولید آشکارسازهای نوری یا منابع نور کوانتومی بهتر، هدف اصلی اپتیک کوانتومی و فوتونیک است.
و بهترین راه برای انجام این کار استفاده از تشدید کننده های نوری است که نور را برای مدت طولانی ذخیره می کنند تا تعامل آنها با ماده قوی تر شود. اگر تشدید کننده نیز بسیار فشرده باشد و نور را در ناحیه بسیار کوچکی از فضا فشرده کند، برهمکنش بیشتر تقویت می شود. در تشدید کننده کامل، ناحیه ای به اندازه یک اتم می تواند نور را برای مدت زمان طولانی ذخیره کند.
چالش کوچک سازی رزوناتور
برای دهه‌ها، مهندسان و فیزیکدانان با این مشکل دست و پنجه نرم می‌کردند که چگونه تشدیدگرهای نوری کوچک بسازند، بدون اینکه کارایی آن‌ها را به خطر بیندازند، شبیه به اینکه دستگاه‌های نیمه‌رسانای کوچک باید ساخته شوند. نقشه راه صنعت نیمه هادی برای 15 سال آینده پیش بینی می کند که کمترین عرض ممکن یک ساختار نیمه هادی کمتر از 8 نانومتر نیست که عرض ده ها اتم است.
حفره های خود مونتاژ شده شرح داده شده را می توان در مجموعه های خود مونتاژ شده بزرگتر برای مسیریابی نور در اطراف یک تراشه نوری ادغام کرد. شکل یک حفره نوری را نشان می دهد که در یک مدار حاوی اجزای متعدد خود مونتاژ شده تعبیه شده است.
رویکرد جدید بر شرایط شدید غلبه می کند
سال گذشته، S?ren Stobbe، دانشیار DTU Electro و همکارانش مقاله جدیدی را در مجله Nature منتشر کردند که در آن حفره‌های 8 نانومتری را نشان دادند، اما اکنون روش جدیدی را برای ایجاد حفره‌های خود مونتاژ شده با حفره‌های هوا ارائه کرده‌اند و نشان داده‌اند. مقیاس چند اتم مقاله آنها، "حفره های فوتونیک خودآرایی با محدودیت های مقیاس اتمی"، جزئیات این یافته ها را که در شماره 6 دسامبر نشریه Nature منتشر شده است، ارائه می کند.
در این آزمایش، دو نیمه از یک ساختار سیلیکونی از یک فنر «معلق» شد و در مرحله اول، دستگاه سیلیکونی محکم به یک لایه شیشه متصل شد. این دستگاه با استفاده از فناوری نیمه هادی معمولی ساخته شد، بنابراین فاصله بین دو نیمه تنها چند ده نانومتر بود. هنگامی که شیشه به طور انتخابی اچ شد، ساختار آزاد می شود و اکنون به سادگی توسط فنر پشتیبانی می شود.
از آنجایی که این دو قسمت نزدیک به هم هستند، نیروهای سطحی باعث جذب یکدیگر می شوند. نتیجه یک تشدید کننده خود مونتاژ شده با آینه های سیلیکونی است که شکاف های پاپیونی شکل را در مقیاس اتمی احاطه کرده اند که با ساخت دقیق ساختار ساختار سیلیکونی ایجاد شده است.
محققان هنوز از یک مدار کاملاً خودساز فاصله دارند. اما آنها توانسته‌اند دو رویکرد را که تاکنون در مسیرهای موازی حرکت کرده‌اند، ترکیب کنند تا یک تشدید کننده سیلیکونی ایجاد کنند که قبلاً هرگز کوچک‌سازی نشده بود.
پیشرفت در فناوری نیمه هادی های مبتنی بر سیلیکون با یک رویکرد خاص ممکن شده است که به عنوان "روش بالا به پایین" شناخته می شود. رویکرد دیگر به عنوان فناوری «پایین به بالا» شناخته می‌شود: تلاش برای مونتاژ کردن سیستم‌های فناوری نانو. کلید تحقیق آنها در ترکیب این دو رویکرد نهفته است.
این مطالعه با استفاده از نسل جدیدی از تکنیک‌های ساخت که اندازه اتمی ارائه شده توسط خود مونتاژ را با مقیاس‌پذیری نیمه‌رساناهای معمولی تولید می‌کند، یک تکنیک قابل‌دوام را برای پیوند دو رویکرد فناوری نانو نشان می‌دهد.
با ساختن حفره‌های فوتونیک، محققان توانستند فوتون‌ها را در شکاف‌های هوا به‌قدری کوچک محبوس کنند که حتی با میکروسکوپ الکترونی عبوری نمی‌توان آن‌ها را به دقت اندازه‌گیری کرد. با این حال، کوچک‌ترین اتم‌هایی که ساختند تنها 1-3 اتم سیلیکون در اندازه بود که رکورد جدیدی را برای حجم کمی از حفره‌های سیلیکونی به دام انداختن نور ثبت کرد.
نیازی نیست که بعداً این حفره ها را پیدا کنیم و آنها را در معماری تراشه دیگری قرار دهیم." ما در مورد این جهت جدید تحقیقات بسیار هیجان زده هستیم و کار زیادی در پیش داریم."