Nghiên cứu mới: Nanolaser trên silicon giúp truyền tải dữ liệu nhanh hơn

Nanolaser tích hợp dễ dàng trên tấm silicon trong vi mạch tích hợp có kích thước 1micron. (Ảnh: Giáo sư Connie Chang-Hasnain, UC Berkeley
)

 

Các nhà nghiên cứu trường đại học California, Berkeley mới nghiên cứu thành công vật liệu nanolaser trên silicon giúp truyền tải nhanh dữ liệu.

Kết quả nghiên cứu được đăng trên tạp chí khoa học của Mỹ Live Science cùng với tạp chí Nền tảng khoa học quốc gia (National Science Foundation).

Mạng cáp quang đóng vai trò quan trọng trong việc truyền tải tính năng phim tới Laptop, các ứng dụng mới trên điện thoại thông minh và game video sống động trong các trò chơi giao tiếp. Do đó, các nhà nghiên cứu tiếp tục theo đuổi thiết bị tổ hợp điện tử và quang học nhằm đảm bảo mạng lưới có thể cung cấp kịp nhu cầu của khách hàng về cả tốc độ lẫn lưu lượng truyền dữ liệu.

Silicon (Si) Ảnh: Pumbaa/Creative Commons, Andrei Marincas | Shutterstock

Một cách tiếp cận đầy hứa hẹn đó là dựa trên phát triển vật liệu laser trên silicon – Lớp nền của các thiết bị điện tử. Vật liệu laser này còn được gọi là những tấm kim nano (nanoneedles). Chúng có kích thước chỉ bằng 1/10 bề rộng sợi tóc và được phát triển bởi các nhà nghiên cứu của trường đại học California, Berkeley. Dựa trên việc phát triển vật liệu laser trên tấm silicon, các nhà nghiên cứu đang mở rộng khả năng truyền dữ liệu cho các thiết bị điện tử trong các hệ thống và các thiết bị sẽ được dùng ở thế hệ kế tiếp.

Cánh tay giả có các ngón tay chuyển động linh hoạt nhờ các bộ điều vận thủy lực. (Ảnh: Touch Bionics, Bệnh viện Đại học Chỉnh hình)

Trưởng nhóm nghiên cứu, Giáo sư Connie Chang-Hasnain, cho biết “trên bất kỳ vi mạch tích hợp nào hiện nay, năng lượng điện được dùng cho giao tiếp thực sự là rất cao cùng với sự hạn chế về băng thông, đặc biệt là tốc độ các dòng trung kế cao hơn”.

Mục đích của nghiên cứu là sử dụng laser nhằm làm giảm điện năng cùng tiếng ồn giữa các linh kiện và gia tăng tốc độ. Chô cho biết thêm “Sự khác biệt của nó giống như đường ở địa phương và đường cao tốc”.

Một đầu kim nano hình thon, có ít nhu cầu về điện và không gian trên vi mạch tích hợp. (Ảnh: Giáo sư Connie Chang-Hasnain, UC Berkeley) 

Nhờ kết hợp giữa vật liệu silicon và laser, các nhà nghiên cứu ở Berkeley đã vượt qua được hai thách thức rất lớn đã làm nản lòng các nhà nghiên cứu:

1) Sự không phù hợp giữa cấu trúc tinh thể silicon và vật liệu bán dẫn III-V (một loại vật liệu laser trạng thái rắn thiết yếu).

2) Sự gia tăng nhiệt độ không tương thích với việc chế tạo vi mạch tích.

Chỉ trong quá trình từ 10 đến 15 phút phát triển tinh thể, xảy ra ở nhiệt độ từ 400 – 500°C, các đầu kim loại nano hình dạng kim tự tháp lục giác đã mọc lên từ tấm silicon.

Những tinh thể này có thể đạt kích thước vài trăm nano mét và có thể hình thành phân lớp hay pha tạp. Nghĩa là, các vật liệu khác có thể được thêm vào trong quá trình phát triển của tinh thể, kết quả tạo ra một tinh thể được bổ sung thêm các tính chất mới. Hoặc bị ăn mòn, từ đó tạo ra các cấu trúc lazer cho các thiết bị ứng dụng.

Mạng lưới các kim loại nano giúp cho ánh sáng được lựu lại bên dưới và bên trong cấu trúc xoắn của nó, từ đó cung cấp năng lượng cho hộp laser.

Giáo sư Chang-Hasnain nhấn mạnh rằng, khi các kim loại nano này được thương mại hóa thì quá trình phát triển và sử dụng silicon sẽ trở nên phổ biến nhờ sản xuất đại trà trong các nhà máy công nghiệp.

Các nhà đầu tư chính của ngành công nghiệp điện tử về silicon sẽ cho phép phát triển vật liệu nanolaser cho truyền thông cũng như các lĩnh vực ứng dụng khác, ví dụ như năng lượng mặt trời và cảm biến.

Việt Đức @Bocau.net
Theo Live Science