МОСКВА, 9 дек — РИА Новости. Оригинальный чип, который позволит разрабатывать фотонные "микросхемы" нового поколения, разработали специалисты Национального исследовательского университета "Московский институт электронной техники" (НИУ МИЭТ) и Московского педагогического государственного университета (МПГУ) совместно с другими российскими учеными. По их словам, разработка также ляжет в основу искусственного синапса – главного элемента нейроморфных компьютеров. Исследование опубликовано в журнале APL Materials.
Развитие методов оптической передачи и обработки данных, по словам ученых, сегодня во многом зависит от разработки фотонных интегральных схем (ФИС) – аналогов микросхем, в которых управление происходит не за счет электрического тока, а за счет света, распространяющегося по волноводу с сечением менее 1 микрометра в квадрате. Переход техники на интегрально-оптические схемы даст увеличение быстродействия и рост пропускной способности передачи данных.
Однако создание полноценных логических ФИС, способных заменить компоненты современной развитой электроники, требует разработки особых элементов управления. Такие элементы должны, перестраиваясь, менять параметры проходящих оптических сигналов при минимальных энергетических затратах, объяснили специалисты МИЭТ.
Коллектив ученых МИЭТ и МПГУ создал полностью оптический перестраиваемый элемент на основе тонких пленок одного из так называемых материалов фазовой памяти – Ge-Sb-Te (GST). Главной особенностью этого типа материалов является изменение оптических и электрических свойств при переключении между аморфным, то есть неупорядоченным, и кристаллическим, то есть упорядоченным, состояниями.
«
"В разработанном нами чипе поверхность кольцевых микрорезонаторов из нитрида кремния локально покрыта тонкой пленкой GST. Изменение фазового состояния покрытия GST и, следовательно, его поглощения, приводит к изменению проходящего через волновод оптического сигнала. Переключение фазовых состояний можно инициировать лазерными импульсами, проходящими через волновод", – рассказал старший научный сотрудник Института перспективных материалов и технологий НИУ МИЭТ Петр Лазаренко.
Переключение между состояниями происходит за время порядка 10 наносекунд, а их поддержание не требует затрат энергии. GST, по словам ученых, является одним из оптимальных материалов для управления сигналами в тонкопленочных волноводных элементах, широко применяемых в телекоммуникационных устройствах.
"Изменяя плотность энергии лазерного импульса, можно получить различное объемное соотношение материала в аморфном и кристаллическом состояниях. Это дает возможность создавать многоуровневые нанофотонные элементы, имеющие несколько бит на ячейку. Именно это свойство необходимо для разработки полностью оптического искусственного синапса – главного элемента будущих нейроморфных вычислительных систем", – отметил старший научный сотрудник МПГУ Вадим Ковалюк.
По словам специалистов МИЭТ, отработанная ими технология изготовления энергонезависимых перестраиваемых нанофотонных чипов полностью готова к внедрению в микроэлектронное производство и не потребует от него дополнительных модернизаций.
В настоящий момент научный коллектив молодых ученных проводит оптимизацию чипа для повышения числа записываемых логических уровней. Исследования выполняются при поддержке Российского научного фонда, грант № 20-79-10322. Параллельно в рамках программы Правительства РФ "Приоритет-2030" исследовательской группой ведется выработка подходов к конструированию принципиально новых интегрально-оптических схем и различных систем на их основе.