Khoa học kỹ thuật và công nghệ

Sử dụng kim cương làm vật liệu chế tạo mạch quang (26/04/2013)

Ứng dụng của ánh sáng để xử lý thông tin mở ra vô số triển vọng. Tuy nhiên, để có thể sử dụng photon trong các mạch và cảm biến, vật liệu cần có tính chất quang học và cơ học. Giờ đây, các nhà nghiên cứu thuộc Viện Công nghệ Karlsrude lần đầu tiên đã sử dụng kim cương đa tinh thể để sản xuất mạch quang.

Về quang học, kim cương trong suốt với các sóng ánh sáng trong phạm vi bước sóng quang phổ nhìn thấy từ 400-700 nm. Thực tế là do nó có thể được sử dụng riêng biệt trong các mạch quang cơ học cho các ứng dụng trong công nghệ cảm biến và tạo ảnh huỳnh quang hoặc cho các phương pháp đo quang sinh học mới. Trong khi chỉ số khúc xạ của kim cương cao và thiếu sự hấp thụ cho phép vận chuyển photon hiệu quả, thì mô-đun độ đàn hồi cao làm cho vật liệu chắc chắn hơn, do đó thích nghi rất tốt với các bề mặt thô ráp và tỏa nhiệt nhanh.

 Đến nay, các mạch quang được sản xuất bằng đế kim cương đơn tinh thể, nghĩa là các tinh thể có độ tinh khiết cao mà thông thường không có quá 1 nguyên tử tạp chất trong 1 tỷ nguyên tử kim cương. Các mạch này liên kết với nhau trở nên nhỏ bé và ứng dụng của chúng cho các hệ thống quang học đòi hỏi những phương pháp chế tạo tinh vi.

 Đây là lần đầu tiên nhóm nghiên cứu đã sử dụng kim cương đa tinh thể để sản xuất các mạch quang cơ học dựa vào miếng bán dẫn. Dù các cấu trúc tinh thể của nó không đều, nhưng kim cương đa tinh thể lại chắc chắn và có thể được xử lý dễ dàng hơn. Nhờ có các đặc trưng cụ thể này, kim cương đa tinh thể được sử dụng trên những khu vực rộng hơn nhiều so với vật liệu đơn tinh thể. Kim cương đa tinh thể điều khiển các photon hiệu quả gần bằng kim cương đơn tinh thể và thích hợp sử dụng trong ngành công nghiệp. Vì thực tế, các thành phần quang cơ học nguyên khối không thể được sản xuất mà không có vật liệu mới này.

 Quang cơ học kết hợp quang học tích hợp với các yếu tố cơ học, nghĩa là với bộ cộng hưởng quang cơ học trong trường hợp của mạch quang cơ học do nhóm nghiên cứu chế tạo. Các hệ thống dao động này phản ứng ở một tần số nhất định. Khi tần số đó diễn ra, bộ cộng hưởng được kích thích rung động.

 Quang học tích hợp hoạt động giống như cách của các mạch điện tích hợp. Trong khi các mạch quang học truyền thông tin qua các photon, mạch điện tử thông thường truyền dữ liệu qua các điện tử. Quang học tích hợp hướng vào sự kết hợp tất cả các thành phần cần có truyền thông quang học trong mạch quang học tích hợp để tránh sư đi lệch hướng qua các tín hiệu điện. Trong cả 2 trường hợp, các mạch tương ứng được gắn lên các lát mỏng dày gần 1mm, ví dụ các miếng bán dẫn.

 Kim cương đa tinh thể được sản xuất nhờ mối quan hệ hợp tác giữa Viện Vật lý chất rắn ứng dụng Fraunhofer với công ty vật liệu kim cương ở Freiburg, Đức. Nguyên mẫu sản phẩm được sản xuất trong khuôn khổ dự án photon quang học lượng tử tích hợp tại Trung tâm cấu trúc Nano chức năng ở Karlsrule mở ra những con đường mới cho các nền tảng được điều khiển hoàn toàn bằng quang học, đang ngày càng cần thiết cho nghiên cứu cơ bản và các công nghệ cảm biến tiên tiến. Các công nghệ này bao gồm gia tốc kế, được tích hợp trong nhiều loại thiết bị điện tử như bộ cảm biến túi khí.

Nguồn: www.vista.vn (N.P.D - Theo Sciencenewsline)