世界最小納米激光發射器問世 將推動芯片通信

　　德克薩斯州立大學的物理學家與中國的同行合作，研制出了世界上最小的半導體激光發射器?！禨cience》雜志上將發表他們的研究成果。研究者們介紹，要研制更快、更小、更節能的光子發射器，最關鍵的是要實現半導體激光器的微型化。這項技術可應用于超級計算機芯片、高敏感度生物傳感器、疾病的治療與研究以及下一代通信技術的研發等多個領域。

　　普通的光電子器件利用納米發射器產生光信號來傳遞信息，它們已具備替代傳統電子電路的潛力。但是，光電子器件的尺寸和性能卻受到了“三維光學衍射極限”的限制。

　　插圖中顯示的即為超低閾值納米發射器的結構。獨立的納米棒放置在約28nm厚的薄銀層上。5 nm厚、夾在納米棒和銀膜之間的二氧化硅絕緣層可產生共振電磁場。

　　不過，德克薩斯州立大學物理系Chih-Kang “Ken” Shih教授帶領他的團隊實現了突破。 “我們研發出了能在低于三維衍射極限下良好運轉的納米激光發射器” 他說，“我們相信這項成果會給納米科技帶來巨大影響。”最近發表的文章中，Shih教授和同事們首次報道了低于三維衍射極限的連續波。發射時，納米激光器會發出綠色的光，極細的激光已經達到肉眼難辨的水平。

　　這種新型元件是由摻雜了氮化銦鎵的氮化鎵異質納米棒制成。此兩種合金通常應用于LED燈中。在發射器內部，納米棒放置在薄的絕緣硅層上，而硅層的另一面是一層原子級光滑的銀。

　　Shih教授的實驗室耗費了15年來完善這種材料。“光滑到原子級別”是保證發射光不分散、等離子體激元不逃逸的關鍵。所謂等離子體激元是指可承載大量信息的電子波。“原子級光滑的激元結構是減少數據遺失的功臣。”Shih教授這樣說。

　　物理系研究生Charlotte Sanders參與了世界最小納米激光發射器的研發工作。她身邊的分子束外延機正是由她自己設計、并在Jisun Kim博士的協助下建造而成。這臺機器用于制造發射器中最為關鍵的銀薄層。圖片來源：Alex Wang.

　　納米激光發射器的面世無疑將推動芯片通信的發展。在芯片通信中，所有的信息都包含在芯片上。采用新型發射器后，電子元件的產熱問題可以杜絕。另外，還可避免芯片間傳遞信息時數據的丟失。

　　臺灣清華大學的郭尚志(音譯)教授指出：“電子和光子大小不匹配曾是實現芯片計算和光電通信的巨大障礙。”郭教授曾是Shih教授的博士生。另外德克薩斯州立大學物理系的Gennady Shvets教授、臺灣清華大學的陳力俊(音譯)教授也參與到此項研究中。