Новый материал ускорит работу компьютеров в тысячу раз

09 апреля 2020 16:03

Физики получили материал, который может стать основой компьютеров будущего. Фото Nando Harmsen, TU/e.

Исследователи планируют презентовать лазер нового типа уже в текущем 2020 году. Фото Sicco van Grieken, SURF.

Замена проволоки на оптоволокно поможет сэкономить на системе охлаждения. Фото Sicco van Grieken, SURF.

Выращиваемые учёными кремниево-галлиевые нанопроводки имеют гексагональное сечение. Их форму определяет строение кристаллической решётки. Иллюстрация TU/e.

Учёные получили соединение кремния, излучающее яркий свет. Это достижение позволит заменить в микросхемах электрический ток светом и увеличить скорость обмена данными в тысячу раз.

Учёные получили соединение кремния, излучающее яркий свет. Это позволит заменить в микросхемах электрический ток светом и увеличить скорость обмена данными в тысячу раз.

Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале Nature группой во главе с Эриком Баккерсом (Erik Bakkers) из Технического университета Эйндховена.

В современных компьютерах данные между кремниевыми элементами микросхем передаются с помощью электрического тока, текущего по медной проволоке. Инженеры давно стремятся заменить его на лучи света, распространяющиеся по оптоволокну.

Такое решение позволит увеличить скорость передачи данных в тысячу раз. Кроме того, оптоволокно, в отличие от медного провода, практически не нагревается в процессе работы. Это позволит, во-первых, сэкономить на потерях электроэнергии и на системе охлаждения. Во-вторых, электронные компоненты можно будет располагать теснее, чем сейчас, не опасаясь перегрева (чем "плотнее" микросхема, тем больше её производительность при тех же размерах).

Исследователи планируют презентовать лазер нового типа уже в текущем 2020 году.

Фото Sicco van Grieken, SURF.

Однако где взять подходящий источник света? Основа современных микросхем – кремний с кубической кристаллической решёткой. Он не годится для этой цели. Исследователи экспериментируют с арсенидом галлия и фосфидом индия. Но эти материалы довольно дороги, и их трудно интегрировать в существующие кремниевые микрочипы.

Теперь же международная команда физиков создала вещество на основе кремния, которое эффективно излучает свет. Речь идёт о соединении кремния и германия, имеющем гексагональную кристаллическую решётку.

Замена проволоки на оптоволокно поможет сэкономить на системе охлаждения.

Фото Sicco van Grieken, SURF.

Теоретики ещё 50 лет назад спрогнозировали, что подобный материал будет эффективным источником фотонов. Но синтезировать его удалось только в 2015 году. Теперь же учёные уменьшили количество примесей и дефектов решётки в кристалле, доведя его до "оптического" качества.

"К настоящему времени мы получили оптические свойства, почти сопоставимые с [параметрами] фосфида индия и арсенида галлия, и качество материала стремительно улучшается. Если дела пойдут гладко, мы сможем создать лазер на основе кремния в 2020 году", – обещает Баккерс.

Выращиваемые учёными кремниево-галлиевые нанопроводки имеют гексагональное сечение. Их форму определяет строение кристаллической решётки.

Иллюстрация TU/e.

Также команде предстоит найти оптимальный способ интеграции деталей из нового материала в чипы из обычного кремния.

К слову, ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) писали об испускающем одиночные фотоны материале, который позволит реализовать квантовый интернет, и об излучающих "искусственных атомах" для компьютеров будущего.