Представлено спосіб інтеграції кристалічних наномембран у фотонні чипи

Дослідники представили підхід до інтеграції однокристалічних наномембран із кремнієвими та кремній-нітридними фотонними платформами. Як повідомляє Nature, технологія фотонної ван-дер-ваальсової інтеграції дала змогу перенести на чипи тонкі плівки функціональних матеріалів і продемонструвати електрооптичну модуляцію, оптичну ізоляцію та фотодетекцію в широкому діапазоні довжин хвиль.

Автори роботи використали вільностоячі однокристалічні наномембрани, виготовлені методами епітаксії та відокремлення шару. Такий підхід має обійти обмеження, пов’язані з необхідністю точного узгодження кристалічних ґраток під час вирощування різнорідних матеріалів на оптичних підкладках.

Модуляція та оптична ізоляція

Для електрооптичної модуляції на кремнієві чипи перенесли тонку однокристалічну плівку титанату барію. Дослідники зафіксували коефіцієнт Поккельса r42 понад 1290 пм/В і 3-децибельну електрооптичну смугу пропускання більш як 23 ГГц. У статті ці показники пов’язують із визначеною кристалографічною орієнтацією та якістю титанату барію.

Окремо команда інтегрувала наномембрани кобальтового фериту в кремнієві мікрокільця, створивши компактні невзаємні магнітооптичні ізолятори. Для цього матеріалу повідомили про коефіцієнт фарадеївського обертання 33 800 градусів на сантиметр.

Детектування від ультрафіолету до ближнього інфрачервоного діапазону

Також автори латерально поєднали однокристалічні арсенід галію та нітрид галію поверх кремній-нітридної фотонної платформи. Це дало змогу реалізувати фотодетекцію у спектральному діапазоні від ультрафіолетового до ближнього інфрачервоного випромінювання.

У межах роботи були продемонстровані й багатофункціональні кільцеві резонатори з вертикальними гетероструктурами кобальтового фериту та титанату барію. Такі пристрої забезпечили одночасну електрооптичну та магнітооптичну модуляцію. Автори розглядають запропоновану схему як спосіб поєднувати різні функціональні матеріали з довільними фотонними шаблонами.