Зліва - схема гексагональної структури, утвореної нанонитками InGaAs на кремнієвій підкладці. Праворуч - ряд її знімків, зроблених сканирующим електронним мікроскопом з різними ракурсами
Порожні шестикутні труби укладають фотон в обмеженому просторі, в результаті чого в них діють механізми оптичної зворотного зв'язку, що роблять їх свого роду нанорозмірними лазерами. Справа внизу - випромінювання, що виходить з одного з таких наноустройств
Кремній, службовець фундаментом сучасних мікросхем, для генерації випромінювання вкрай малоефективний. Тому інженери звернулися до напівпровідників. що складається з елементів III і V груп Періодичної таблиці - галію, алюмінію, миш'яку, бору, фосфору, індію ... Вони вже показали себе дуже вдалими матеріалами для використання в складі світлодіодів і лазерів.
На жаль, об'єднати кремній і III-V-напівпровідники на єдиної оптоелектронної мікросхемі виявилося не так просто. «Виростити плівку III-V-напівпровідника на кремнієвій підкладці - це як зістикувати разом два незбіжних шматочка пазла, - каже студент Роджер Чен (Roger Chen), один з членів групи Конні Чен-Хаснейн, - В принципі, таке можливо, але в процесі структура обох шматочків порушується ». Більш того, ідеально було б навчитися об'єднувати кремнієві і III-V-напівпровідникові елементи з урахуванням технологій, що використовуються сучасною електронною промисловістю.
«Сучасну виробничу інфраструктуру міняти важко і за технологічними, і з економічних міркувань, - пояснює Конні Чен-Хаснейн, - Так що створення сумісного рішення - питання критичної важливості. Одна з викликаних цим проблем полягає в тому, що виробництво III-V-напівпровідникових компонентів вимагає високих температур, 700 градусів і навіть вище, що для кремнієвої електроніки просто згубно ».
І все-таки, групі Чен-Хаснейн вдалося поєднати непоєднуване, навчившись вирощувати нитки індій-галій-арсеніду (InGaAs) на кремнієвій підкладці і при досить помірній температурі - близько 400 ОС. Секрет тут виявився в переході до наномасштабі. Отримавши готові нанонити, вчені з успіхом продемонстрували їх здатність генерувати випромінювання в ближній ІЧ-області спектра (950 нм) вже при кімнатній температурі. Утворені нанонитками структури з гексагональної симетрією самі по собі створюють ефективний «тунель» для руху фотонів. Випромінювання, рухаючись всередині нього по спіралі, посилюється за рахунок роботи «оптичного резонатора».