5:30 م
فيزياء الكم
ابتكر الباحثون رقاقة متكاملة ضوئية كربيد السيليكون (SiC) يمكن ضبطها حرارياً عن طريق تطبيق إشارة كهربائية. يمكن استخدام هذه الطريقة في يوم من الأيام لإنشاء مجموعة كبيرة من الأجهزة القابلة لإعادة التشكيل ، مثل محولات الطور والقارنات الضوئية القابلة للضبط اللازمة لتطبيقات الشبكات ومعالجة المعلومات الكمومية.
على الرغم من أن معظم الرقاقات الضوئية والكمبيوتر مصنوعة من السيليكون ، إلا أن هناك اهتمامًا متزايدًا بـ SiC لأنها تتميز بخواص حرارية وكهربائية وميكانيكية أفضل من السيليكون بينما تكون أيضًا متوافقة حيوياً وتعمل عند أطوال موجية من المرئي إلى الأشعة تحت الحمراء.
في مجلة Optics Letters في مجلة The Society Society (OSA) ، قام الباحثون بقيادة علي أديبي من معهد جورجيا للتكنولوجيا بتفصيل كيف قاموا بدمج جهاز microheater وجهاز بصري يسمى مرنان microring على شريحة SiC. يمثل هذا الإنجاز أول محول بصري SiC متكامل ومضبوط حرارياً يعمل بأطوال موجية قريبة من الأشعة تحت الحمراء.
وقال مؤلف الورقة الأول شي وو: "يمكن استخدام الأجهزة ، مثل تلك التي أوضحناها في هذا العمل ، لبنات بناء أجهزة معالجة المعلومات الكمومية للجيل القادم ولإنشاء مجسات وتحقيقات متوافقة حيوياً".
يعتبر SiC جذابًا بشكل خاص لتطبيقات الحوسبة الكمومية والتواصل لأنه يحتوي على عيوب يمكن التحكم فيها ضوئيًا والتلاعب بها باعتبارها بتات كمومية أو بتات. تعد الحوسبة الكمومية والاتصالات بأنها أسرع بكثير من الحوسبة التقليدية في حل بعض المشاكل لأن البيانات مشفرة في وحدات البت التي يمكن أن تكون في أي مجموعة من حالتين في وقت واحد ، مما يسمح بإجراء العديد من العمليات في وقت واحد.
تصنيع رقاقة على مستوى
يعتمد العمل الجديد على التطوير السابق للباحثين لمنصة تسمى SiC-on-insulator البلورية التي تتغلب على بعض العيوب والعيوب الأخرى في منصات SiC التي تم الإبلاغ عنها مسبقًا مع توفير طريق سهل وموثوق للتكامل مع الأجهزة الإلكترونية.
وقال تيانرين فان ، عضو فريق البحث: "إن نظام SiC-on-insulator الرائد في مجموعتنا يشبه تقنية السيليكون على عازل المستخدمة على نطاق واسع في صناعة أشباه الموصلات لمجموعة متنوعة من التطبيقات". وقال علي أحمد افتخار ، عضو فريق البحث: "إنه يمكّن من تصنيع أجهزة SiC على مستوى الرقاقة ، مما يمهد الطريق نحو تسويق حلول معالجة معلومات الكم الضوئية المتكاملة القائمة على SiC".
يتطلب الاستغلال الكامل للقدرات الفريدة للمنصة الجديدة تطوير القدرة على ضبط خصائصها الضوئية بحيث يمكن استخدام بنية واحدة قائمة على الشرائح لتوفير وظائف مختلفة. وقد حقق الباحثون ذلك باستخدام التأثير الحراري البصري الذي يؤدي فيه تغيير درجة حرارة المادة إلى تعديل خواصها البصرية ، مثل معامل الانكسار.
لقد بدأوا بتصنيع تجاويف بصرية صغيرة على شكل حلقة أو مرنانات microring باستخدام تقنية SiC-on-insulator البلورية. في كل مرنان ، يعمل الضوء في أطوال موجية معينة ، يطلق عليها أطوال موجات الرنين ، على أن يؤدي التنقل حول الحلقة إلى بناء القوة من خلال التداخل البناء. يمكن عندئذٍ استخدام المرنان للتحكم في سعة ومرحلة الضوء في دليل موجي مقترن به. لإنشاء مرنان قابل للضبط مع درجة عالية من التحكم ، قام الباحثون بتصنيع سخانات كهربائية أعلى الميكروبات. عندما يتم تطبيق تيار كهربائي على جهاز التسخين المصغر المدمج ، فإنه يزيد محلياً درجة حرارة صوت الميكروفون SiC وبالتالي يغير أطوال موجته الرنانة بفضل التأثير البصري الحراري.
اختبار الجهاز المتكامل
اختبر الباحثون أداء مرنانات الميكرويرينغ المصنّعة والميكروميتر من خلال تطبيق مستويات مختلفة من الطاقة الكهربائية ومن ثم قياس الإرسال البصري لمرشد الموجة إلى مرنان الرنين الميكروي. أظهرت النتائج التي توصلت إليها أنه من الممكن تحقيق رنانات عالية الجودة ذات توليفة حرارية منخفضة الطاقة من خلال جهاز قوي يمكن تصنيعه باستخدام عمليات مسبك أشباه الموصلات الحالية.
وقال علي أديبي ، قائد الفريق: "إلى جانب الميزات الفريدة الأخرى لمنصة SiC-on-insulator البلورية لدينا ، تتمتع هذه الأجهزة عالية الجودة بالمتطلبات الأساسية لتمكين أجهزة الرقاقة الجديدة التي تعمل في مجموعة واسعة من أطوال الموجات". "يعد هذا التوليف على نطاق الرقاقة ضروريًا لتنفيذ العمليات الكمية اللازمة للحوسبة الكمومية والتواصل. بالإضافة إلى ذلك ، نظرًا للتوافق الحيوي مع SiC ، فقد يكون ذلك مفيدًا جدًا في مجال الاستشعار الحيوي في الجسم الحي."
يعمل الباحثون الآن على بناء عناصر باستخدام منصة بلورات SiC-on-insulator للدوائر المتكاملة الفوتونية الكمية ، بما في ذلك الليزر المضخ على الرقاقة ، ومصادر الفوتون الفردية ، وكاشفات الفوتون الفردية التي يمكن استخدامها مع مرنان microring قابل للضبط لإنشاء مرنان رقاقة وظيفية للحوسبة الكم البصرية المتقدمة.
هذا العمل هو نتيجة لثلاث سنوات من البحث المكثف في تشكيل منصة هجينة موثوقة إلى حد كبيرتحسين خصائص المواد SiC واستخدامها لتشكيل أجهزة مبتكرة. ساهم Xi Wu و Tianren Fan و Ali A. Eftekhar في مجموعة Ali Adibi البحثية بشكل كبير في هذا العمل. كما ساهم حسام مرادي نجاد ، وهو عضو سابق في مجموعة الباحثين في أديبي ، في تطوير المنصة (التي نُشرت سابقًا). تم تمويل هذا العمل في المقام الأول من قبل مكتب القوات الجوية للبحوث العلمية (AFOSR) تحت رقم المنحة FA9550-15-1-0342 (G. Pomrenke).
ليست هناك تعليقات: