Исследователи из Московского физико-технического института впервые продемонстрировали возможность использования медных компонентов в устройствах нанофотоники. Ранее для этих целей использовались только благородные металлы. Медь в отличие от них не только дешевле и технологичнее, но и допускает возможность интеграции производства нанооптических компонентов со стандартным технологическим процессом.
В рамках работы, итоги которой опубликованы в журнале NanoLetters, Дмитрий Федянин с коллегами изготовили плазмонные световоды из меди. Авторы отмечают, что процесс создания оптических волноводов на основе меди совместим с обычным КМОП-процессом, который применяется для производства микросхем.
«Нам удалось создать медные чипы, оптические свойства которых ни в чём не уступают аналогам из золота, — говорит Дмитрий Федянин. — Более того, мы добились этого в производственном цикле, совместимом с КМОП-технологией, которая является основой всех современных интегральных схем, включая микропроцессоры. Это своего рода революция в нанофотонике».
До настоящего времени металл-диэлектрические наноструктуры, которые лежат в основе фотонных нанокомпонентов, производились только из золота и серебра. Считалось, что лишь они обладают нужными физическими свойствами. Однако процесс производства из золота и серебра сопряжён со значительными трудностями из-за химической инертности этих металлов.
Исследователи из МФТИ ещё в 2012 году теоретически установили, что медь в качестве материала для нанооптических компонентов может превзойти золото. В отличие от золота, медь достаточно легко структурировать, используя жидкостное или плазменное травление, а интеграция компонентов на её основе в фотонные или электронные интегральные схемы на основе кремния намного проще. Но учёным потребовалось свыше двух лет, чтобы закупить необходимое оборудование, разработать технологический процесс, изготовить образцы и подтвердить свою гипотезу экспериментально.
Результат этой работы прокладывает дорогу к практическому использованию медных нанофотонных и плазмонных компонентов. В будущем они могут быть использованы при создании самых различных оптических и электронных устройств: от светодиодов и нанолазеров до высокопроизводительных процессоров.
