Активные плазмонные межсоединения на кристалле

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 14-19-01788

НазваниеАктивные плазмонные межсоединения на кристалле

Руководитель Арсенин Алексей Владимирович, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)" , г Москва

Конкурс №1 - Конкурс 2014 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-707 - Элементная база квантовых компьютеров и систем связи

Ключевые слова оптические межсоединения, активная плазмоника, нанолазер, спазер, плазмонные волноводы, оптический усилитель, компенсация потерь, электрическая накачка, металл-полупроводниковые структуры, диод Шоттки, металл-диэлектрик-полупроводниковый диод, гетеропереходы, гетероструктуры

Код ГРНТИ29.33.39

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект направлен на разработку эффективных схем компенсации потерь и усиления поверхностных плазмон-поляритонов (ППП) в наноразмерных волноведущих и резонаторных металл-диэлектрик-полупроводниковых структурах за счет использования компактной электрической накачки. Поверхностные плазмон-поляритоны, будучи поверхностными электромагнитными волнами, распространяющимися вдоль границы металл-диэлектрик, позволяют перешагнуть классический дифракционный предел и создавать оптические компоненты сопоставимые по размерам с современными электронными компонентами на кристалле (около 100 нм, что значительно меньше длины волны света). Однако практическое применение ППП сдерживается высокими омическими потерями в металле, которые должны быть компенсированы. Полная компенсация этих потерь позволит наноразмерным металл-полупроводниковым структурам стать идеальной платформой для создания наноразмерных оптоэлектронных компонентов для оптических межсоединений на кристалле, таких как интегрированные источники излучения и линии передачи информации между логическими блоками внутри чипа. Предложенные к настоящему времени схемы усиления ППП путем создания инверсной заселенности в активной среде, расположенной вблизи поверхности металла, при помощи оптической накачки представляются неэффективными, в связи с тем, что для полной компенсации потерь ППП требуемая интенсивность лазера накачки составляет более 100 кВт/см2, что приводит к необходимости использования внешнего высокогабаритного импульсного лазера высокой мощности и является недопустимым в схемах на кристалле. Проект нацелен на разработку схемы электрической накачки интегрированной в активный плазмонный волновод или резонатор, которая помимо малых размеров характеризуется высокой энергоэффективностью. Перспективными являются инжекционные схемы на основе диода Шоттки, металл-диэлектрик-полупроводникового (МДП) диода и комбинации этих схем с гетеропереходами. Особые перспективы мы связываем с двойной гетероструктурой с туннельным контактом Шоттки, которая должна позволить устранить трудности размещения активного слоя вблизи поверхности металла, обеспечить эффективную инжекцию неравновесных носителей в активный слой и минимизировать токи утечки. Ожидается, что пороговые значения тока накачки не превысят десятков кА/см2 при комнатной температуре, что является достаточным для создания устройств не только импульсного, но и непрерывного действия. Помимо разработки схем компенсации потерь, планируется разработка активных плазмонных волноводов с высокой локализацией моды, перспективных для использования в оптических межсоединениях на кристалле с высокой полосой пропускания, а также интегрированных на кристалле оптических (как фотонных, так и плазмонных) когерентных и некогерентных источников излучения с субволновыми размерами на основе металл-полупроводниковых структур с инжекционной накачкой.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Федянин Д.Ю., Аджио М. Ultrabright single-photon source on diamond with electrical pumping at room and high temperatures New Journal of Physics, 18 (год публикации - 2016)
10.1088/1367-2630/18/7/073012

2. Свинцов Д.А., Лейман В.Г., Рыжий В.И., Отсуджи Т., Щур М.С. Graphene nanoelectromechanical resonators for detection of modulated terahertz radiation Journal of Physics D: Applied Physics, 50, 47, 505105 (год публикации - 2014)
10.1088/0022-3727/47/50/505105

3. Федянин Д.Ю. Novel ultra-low-loss CMOS copper nanoplasmonics SPIE Newsroom, 6 March 2017, SPIE Newsroom. DOI: 10.1117/2.1201611.006812 (год публикации - 2017)
10.1117/2.1201611.006812

4. Федянин Д.Ю., Якубовский Д.И., Киртаев Р.В., Волков В.С. Ultralow-loss CMOS copper plasmonic waveguides Nano Letters, 16, 1, 362-366 (год публикации - 2015)
10.1021/acs.nanolett.5b03942

5. Вышневый А.А., Федянин Д.Ю. Spontaneous emission in deep-subwavelength plasmonic waveguide structures with gain and fundamental limitations on the signal-to-noise ratio Physical Review Applied, Аннотация статьи опубликована на сайте Physical Review Applied (год публикации - 2016)

6. Вышневый А.А., Федянин Д.Ю. Self-heating and cooling of active plasmonic waveguides ACS Photonics, 3, 1, 51-57 (год публикации - 2015)
10.1021/acsphotonics.5b00449

7. Свинцов Д.А., Арсенин А.В., Федянин Д.Ю. Full loss compensation in hybrid plasmonic waveguides under electrical pumping Optics Express, 23, 15, 19358-19375 (год публикации - 2015)
10.1364/OE.23.019358

Публикации