שבבים ומכשירים אלקטרוניים הצטמצמו באופן דרסטי בגודלם והפכו למהירים יותר. אנו עוברים מאלקטרוניקה לפוטוניקה, תוך שימוש באור במקום באלקטרונים, מכיוון שכמעט הגענו לגבולות האלקטרוניקה ה"קונבנציונלית". בקנה מידה זה מופיעים מגוון קשיים חדשים. לדוגמה, אפילו ההפרעות הקלות ביותר או השפעות קוונטיות עלולות לגרום לאותות להיות מעוותים וחסרי תועלת.
צוות מחקר מה- אוניברסיטת טוונטה הוסיפה כעת פתרון חדש ל'ארגז הכלים הפוטוני'. הם פיתחו טכניקה חדשה ללכוד גלי קול ואור באמצעות מוליכי גל סיליקון ניטריד רב שכבתיים.
פיתוח שיטות תקשורת חדשות, אופטיקה קוונטית, וחיישנים תלויים בסינון האותות האופטיים, ההגברה והעיבוד. פיזור Brillouin מגורה, שיטת אינטראקציה אופטו-מכאנית קוהרנטית, היא אחת מהשיטות להשיג זאת ביעילות.
בשיטה זו, שני לייזרים מכוונים במדויק מייצרים גל קול שנלכד במוליך גל בתדרים הגבוהים פי מיליון מאלה הנשמעים לבני אדם. האות מסונן ביעילות בשל האינטראקציה בין האור העובר דרך מוליך הגל לבין גל הקול, המשקף אזור זעיר וצר מאוד של ספקטרום האור.
פרופ' דיוויד מרפאונג, הפרופסור המוביל את קבוצת המחקר הבלתי-לינארית של ננופוטוניקה, אמר: "למרות שפיזור ברילואה נחקר רבות בשנים האחרונות, לעולם לא ניתן היה ליישם אותו באופן אמין על שבב המתאים לשימוש בחיי היומיום שלנו. לכידת גל הקול במוליך גל מספיק זמן כדי להיות יעיל הוכחה כקשה. 'דליפה אקוסטית' היא בעיה גדולה בפלטפורמות מסורתיות מבוססות סיליקון המונעת אינטראקציות חזקות של Brillouin. וחומרים חלופיים הם לרוב לא יציבים, שבירים או אפילו רעילים".
מדענים השתמשו במעגלים ננו-פוטונים בעלי אובדן נמוך של סיליקון ניטריד רב-שכבתי (Si3N4) כדי להגדיר אופטי ו גלים אקוסטיים. מעגלים אלו מורכבים ממובילי גל ספירליים באורך 50 ס"מ. מערכת זו לוכדת את גלי הקול ומבטלת דליפה אקוסטית על ידי שימוש בשתי ליבות סיליקון ניטריד. בנוסף להפקת הוכחה למושג עבודה ויישומים שימושיים אחרים, מערך הניסויים של המדענים הניב תוצאות מבטיחות.
רואל בוטר, המחבר הראשון של המאמר: "הדגמנו מסנן חריץ לביטול RF, והתוצאות מראות פוטנציאל גדול לפיזור ברילואין מגורה עתיד על שבב סיליקון ניטריד."
מרפאונג מוסיף: "המחקר שלנו מאפשר שילוב של פיזור ברילואין מגורה במעגלים גדולים. ניתן לשלב את השבבים החדשים הללו עם טכנולוגיות מתפתחות אחרות כמו לייזרים ניתנים לכוונון, מסרקות תדרים ומעגלים פוטוניים ניתנים לתכנות, מה שעשוי לתת להם חלק בפיתוח העתידי של תחומים החל מטלקומוניקציה ועד מחשוב קוונטי".
עיון ביומן:
- Roel Botter, Kaixuan Ye et al. פיזור ברילואין מודרך-אקוסטי במעגלים פוטוניים של סיליקון ניטריד. התקדמות מדע. DOI: 10.1126/sciadv.abq2196
