Uno dei grandi filoni di ricerca del mondo tecnologico, sia in ambito accademico, sia in ambito industriale, si concentra sull'individuare tecniche e tecnologie che consentano di portare le comunicazioni ottiche - che avvengono, cioè, grazie a pulsazioni luminose - all'interno di uno stesso chip, andando quindi a sostituire i normali collegamenti in rame.
La possibiltà di realizzare, per esempio, un processore multicore ove ciascun core possa comunicare con gli altri tramite un collegamento ottico permetterebbe prestazioni maggiori e una migliore efficienza operativa. La chiave di volta per le comunicazioni ottiche intra-chip sarebbe un laser basato sul silicio, che è poi il principale argomento di studio e sperimentazione della silicon photonics.
Attualmente un approccio alle interconnessioni ottiche è la realizzazione di composti semiconduttori laser collegare in seguito al silicio. Intel e Luxtera, per esempio, hanno realizzato sistemi di comunicazione on-chip usando laser ibridi di silicio e fosfuro di indio collegati sul silicio. In realtà, però, la produzione in volumi di dispositivi di questo tipo sarebbe più conveniente e meno difficoltosa se il laser venisse realizzato direttamente sul silicio.
Un gruppo di ricercatori del Forschungszentrum Jülich, Germania, e del Paul Scherrer Institute di Villigen, Svizzera, ha quindi provato a realizzare un laser di germanio-stagno che può risolvere il problema. Il germanio e lo stagno, infatti, sono elementi del gruppo IV come il silicio, il che significa che i loro cristalli possono essere fatti crescere direttamente su di esso. Un laser gemanio-stagno sarebbe quindi compatibile con i normali processi produttivi applicati al silicio.
Il germanio ed il silicio non sono tuttavia buoni emettitori di luce poiché sono caratterizzati da una banda proibita indiretta. Quando gli elettroni del materiale vengono eccitati e cadono negli stati a più bassa energia, l'eccesso viene emesso come calore invece che come luce. Nell'ambito della ricerca sono già state trovate tecniche per modificare la banda proibita del germanio, drogandolo con fosforo o mettendolo sotto stress meccanico. I ricercatori hanno invece optato, questa volta, per usare lo stagno mettendo a punto un composto con una concentrazione al 10% circa. Il laser è stato quindi realizzato facendo crescere il composto di germanio-stagno su uno strato di germanio che è stato fatto crescere a sua volta direttamente sul wafer di silicio.
I ricercatori hanno quindi realizzato un laser dimostrativo, capace di emettere radiazione luminosa dalla lunghezza d'onda di 3 micrometri. Il laser opera a -183°C ed è alimentato da luce invece che da corrente elettrica. I ricercatori stanno però lavorando per ottimizzare il dispositivo, per realizzarne una versione in grado di operare a temperatura ambiente e alimentato da corrente elettrica.
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