莫斯科物理技術(shù)研究所(MIPT)的研究人員表明，銅納米光子元件可以在光子器件成功地運行;以前人們認為只有金和銀元件具有這些所需的性能。這意味著，基于光的計算機比以前更接近現(xiàn)實，因為銅比金銀更便宜;另外，銅元件可以很容易地使用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的CMOS制造工藝在集成電路中實現(xiàn)。

這些研究還提供了實際使用的銅納米光子和等離子體元件，這些在不久的將來將被用來制造發(fā)光二極管、納米激光器、高靈敏度傳感器及移動設(shè)備轉(zhuǎn)換器，以及具有數(shù)萬個核心顯卡的高性能光電處理器、個人計算機和超級計算機。

為什么選擇等離子體?

光的衍射極限將光子元件的最小尺寸限制在約一個波長(1μm)。可以通過使用金屬電介質(zhì)結(jié)構(gòu)克服衍射極限的基本性質(zhì)，以創(chuàng)建真正的納米級的光子元件。大多數(shù)金屬在光學(xué)頻率范圍內(nèi)具有負介電常數(shù)，光不能通過它們傳播，穿透深度只有25納米。但光可以轉(zhuǎn)化為表面等離子體激元，波會沿金屬表面?zhèn)鞑ァ＿@使得它有可能從傳統(tǒng)的三維光子轉(zhuǎn)變?yōu)槎S表面等離子體光子，或等離子體，實現(xiàn)光控制在100nm數(shù)量級規(guī)模上，遠遠超出了衍射極限。

實驗制造獲得成功

2012年，MIPT的研究人員發(fā)現(xiàn)，銅作為光學(xué)材料不僅能夠與黃金競爭，甚至可以是一個更好的選擇。與黃金不同，銅可以很容易地使用濕法或干法蝕刻結(jié)構(gòu)，其納米級組件可以很容易地集成到硅光子器件或電子集成電路上。這花了研究人員兩年多的時間來設(shè)置實驗證實這一假設(shè)。“所以，我們在制備具有光學(xué)特性的銅芯片上取得的成功絲毫不遜色于金芯片。”該項研究的領(lǐng)導(dǎo)者DmitryFedyanin說。

研究人員注意到，多晶銅薄膜的光學(xué)特性是由它們的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和控制這種結(jié)構(gòu)的能力決定的，實現(xiàn)和不斷地再現(xiàn)所需的參數(shù)在該項技術(shù)周期中是最困難的任務(wù)。Fedyanin稱，“我們對銅薄膜的橢圓偏振進行處理，然后利用納米結(jié)構(gòu)的近場掃描光學(xué)顯微鏡證實了這些結(jié)果。這證明了在制造納米級等離子元件的全過程中，銅性能不受損害。”