راز تراشه‌های فوق‌سریع فاش شد

به گزارش خبرگزاری مهر به نقل از ستاد نانو، در صنایع پیشرفته آینده، از هوش مصنوعی در مقیاس عظیم گرفته تا امنیت کوانتومی و نمایشگرهای نوین، نانولیزرها به‌عنوان اجزای کلیدی نیمه‌رساناهای نسل بعدی شناخته می‌شوند. این لیزرهای بسیار کوچک، اطلاعات را با نور پردازش می‌کنند و به دلیل سرعت و بهره‌وری بالا، جایگزینی جذاب برای فناوری‌های الکترونیکی مرسوم به شمار می‌روند.

اکنون تیمی مشترک از مؤسسه KAIST و دانشگاه POSTECH به سرپرستی پروفسور «جی‌ته کیم» و پروفسور «جون‌سوک رو»، موفق به توسعه فناوری‌ای شده‌اند که امکان استقرار بسیار متراکم نانولیزرها را به‌صورت عمودی روی تراشه‌های نیمه‌رسانا فراهم می‌کند. نتایج این پژوهش با نویسندگی نخست دکتر «شی‌چی هو» در نشریه معتبر ACS Nano منتشر شده است.

روش‌های متداول ساخت نیمه‌رسانا، مانند لیتوگرافی، برای تولید انبوه ساختارهای یکسان کارآمد هستند، اما محدودیت‌های مهمی دارند. این فرایندها پیچیده و پرهزینه‌اند و تغییر آزادانه شکل یا موقعیت اجزای نوری در آن‌ها دشوار است.

از سوی دیگر، اغلب لیزرهای کنونی به‌صورت افقی روی زیرلایه ساخته می‌شوند که فضای زیادی اشغال کرده و به دلیل نشت نور به بستر، بازدهی آن‌ها کاهش می‌یابد.

برای غلبه بر این مشکلات، پژوهشگران از روشی به نام چاپ سه‌بعدی الکتروهیدرودینامیکی فوق‌ریز استفاده کردند. در این فناوری، ولتاژ الکتریکی برای کنترل دقیق قطرات جوهر در مقیاس آتولیتر به کار می‌رود؛ حجمی آن‌قدر کوچک که با چشم یا حتی میکروسکوپ‌های معمولی دیده نمی‌شود.

با این روش، تیم تحقیقاتی توانست ساختارهای ستونی‌شکل از جنس پروسکایت – ماده‌ای نیمه‌رسانای نوظهور با توان بالای گسیل نور – را به‌صورت عمودی و دقیقاً در محل دلخواه چاپ کند. این فرایند بدون نیاز به مراحل پیچیده براده‌برداری انجام می‌شود و امکان ساخت مستقیم نانولیزرهایی بسیار باریک‌تر از قطر موی انسان را فراهم می‌کند.

نکته کلیدی این فناوری، دستیابی به سطحی بسیار صاف و نظم بلوری بالا در ساختار چاپ‌شده است. با ترکیب چاپ سه‌بعدی و کنترل تبلور در فاز گازی، پژوهشگران به ساختارهایی نزدیک به تک‌بلور دست یافتند. نتیجه این کار، نانولیزرهای عمودی با بازده بالا و اتلاف نوری بسیار کم بود.

پژوهشگران نشان دادند که با تغییر ارتفاع نانوساختارها، می‌توان رنگ نور لیزر گسیل‌شده را با دقت تنظیم کرد. با استفاده از این ویژگی، آن‌ها الگوهای امنیتی لیزری تولید کردند که با چشم غیرمسلح قابل مشاهده نیستند و تنها با تجهیزات ویژه شناسایی می‌شوند؛ قابلیتی بسیار ارزشمند برای فناوری‌های ضدجعل و امنیت اطلاعات.

پروفسور جی‌ته کیم در این‌باره می‌گوید: «این فناوری امکان پیاده‌سازی مستقیم و متراکم نیمه‌رساناهای محاسبات نوری روی تراشه را بدون فرایندهای پیچیده فراهم می‌کند و می‌تواند تجاری‌سازی محاسبات نوری فوق‌سریع و فناوری‌های امنیتی نسل آینده را شتاب دهد.»