Heel kleine draadjes gemaakt van halfgeleidende materialen – meer dan duizend keer dunner dan een mensenhaar – beloven een essentieel onderdeel te worden voor de halfgeleiderindustrie. Dankzij deze kleine nanostructuren, wetenschappers stellen zich niet alleen een krachtigere nieuwe generatie transistors voor, maar ook om optische communicatiesystemen in hetzelfde stuk silicium te integreren. Dit zou gegevensoverdracht tussen chips mogelijk maken met de snelheid van het licht.

Maar om optische communicatie te laten plaatsvinden, het is essentieel om de elektrische informatie die in de microprocessor wordt gebruikt om te zetten in licht, door gebruik te maken van lichtzenders. Aan de andere kant van de optische link, men moet de informatie in de lichtstroom vertalen in elektrische signalen met behulp van lichtdetectoren. De huidige technologieën gebruiken verschillende materialen om deze twee verschillende functies te realiseren:silicium of germanium voor lichtdetectie en materialen die elementen uit de III-V-kolommen van het periodiek systeem voor lichtemissie combineren. Echter, dit zou snel kunnen veranderen dankzij een nieuwe ontdekking.

In een artikel dat vandaag in het tijdschrift verschijnt Natuurcommunicatie , wetenschappers van IBM Research - Zürich en de Noorse Universiteit voor Wetenschap en Technologie hebben voor het eerst aangetoond dat beide, efficiënte lichtemissie- en detectiefunctionaliteiten kunnen worden bereikt in hetzelfde nanodraadmateriaal door mechanische spanning toe te passen.

Met behulp van dit nieuwe fysieke fenomeen, wetenschappers kunnen mogelijk de lichtzender en de detectorfuncties in hetzelfde materiaal integreren. Dit zou de complexiteit van toekomstige silicium nanofotonische chips drastisch verminderen.

IBM-wetenschapper Giorgio Signorello legt uit:"Als je de nanodraad over zijn lengte trekt, de nanodraad bevindt zich in een staat die we "directe bandgap" noemen en kan zeer efficiënt licht uitstralen; wanneer u in plaats daarvan de lengte van de draad comprimeert, de elektronische eigenschappen veranderen en het materiaal geeft geen licht meer. We noemen deze toestand "pseudo-direct":het III-V-materiaal gedraagt ​​zich op dezelfde manier als silicium of germanium en wordt een goede lichtdetector."

IBM Fellow Heike Riel commentaar, "Dit zijn unieke en verrassende eigenschappen en ze komen allemaal voort uit het feit dat de atomen zich op heel speciale posities binnen de nanodraad bevinden. We noemen deze kristalstructuur "Wurtziet". Deze structuur is alleen mogelijk omdat de afmetingen van de nanodraad zo klein zijn. kunnen dezelfde eigenschappen niet bereiken op voor het oog zichtbare afmetingen. Dit is een mooi voorbeeld van de kracht van nanotechnologie."

Deze opmerkelijke eigenschappen vinden mogelijk ook interessante toepassingen buiten het gebied van optische communicatie.