قال باحثون في جامعة ولاية بنسلفانيا في الولايات المتحدة إن الألياف الأساسية لأشباه الموصلات نفسها قد تكون قريبًا قادرة على إجراء تحويل "كهربائي-بصري-كهربائي" باهظ الثمن دون الاعتماد على المحولات الكهربائية الضوئية (إلكترونية-بصرية)، والمحولات الضوئية باهظة الثمن. المحولات الإلكترونية في الطرف المتلقي.

يتمثل هذا الاختراع الجديد في الجمع بين نواة سيليكون كريستالية واحدة في أنبوب شعري زجاجي بقطر داخلي يبلغ 1.7 ميكرون، وتصلبها وإغلاقها عند كلا الطرفين لتكوين سيليكون بلوري واحد، وبالتالي الجمع بين جرمانيوم السيليكون أحادي البلورة الأرخص ثمنًا والسيليكون البلوري الفردي في كلا الطرفين. .تم إجراء هذا البحث بشكل مشترك من قبل البروفيسور فينكاترامان جوبالان وجون بادينغ في قسم علوم وهندسة المواد في جامعة ولاية بنسلفانيا، وطالب الدكتوراه شياويو جي.

دمج قلب السيليكون غير المتبلور في وعاء شعري زجاجي بقطر داخلي يبلغ 1.7 ميكرون

لا يمكن للألياف الضوئية البسيطة المستخدمة اليوم سوى إصدار فوتونات على طول أنبوب زجاجي مغطى بطبقة بوليمر ناعمة.يتم الاحتفاظ بأفضل إشارة في الألياف الضوئية من خلال الانعكاس من الزجاج إلى البوليمر، لذلك لا يوجد أي فقدان للإشارة تقريبًا أثناء الإرسال لمسافات طويلة.ولسوء الحظ، تتطلب جميع البيانات المنقولة من الكمبيوتر استخدام وحدات تحويل كهروضوئية باهظة الثمن في طرف الإرسال.

وبالمثل، فإن جهاز الاستقبال عبارة عن جهاز كمبيوتر يتطلب محولات كهروضوئية باهظة الثمن في الطرف المتلقي.من أجل تقوية الإشارة، تتطلب المسافة الطويلة للغاية بين المدن المختلفة "مكررًا" لإجراء تحويل ضوئي كهربائي أكثر حساسية، ثم تضخيم الإلكترونات، ثم المرور عبر محول كهربائي بصري فائق للسماح للإشارة الضوئية انتقل إلى التالي. يصل التتابع أخيرًا إلى وجهته.

ويأمل الباحثون في جامعة ولاية بنسلفانيا في تطوير ألياف بصرية مليئة بأشباه الموصلات الذكية، مما يمنحهم القدرة على إجراء التحويل الكهربائي الضوئي من تلقاء أنفسهم.وفي الوقت الحاضر، لم يصل فريق البحث بعد إلى هدفه، لكنه نجح في دمج جميع المواد المطلوبة في الألياف الضوئية شبه الموصلة وأثبت أنه قادر على نقل الفوتونات والإلكترونات في نفس الوقت.بعد ذلك، يحتاجون إلى تصميم سيليكون بلوري واحد على طرفي الألياف الضوئية لإجراء التحويل البصري الكهربائي والكهربائي البصري الضروري في الوقت الفعلي.

أظهر بادينغ جدوى استخدام الألياف المملوءة بالسيليكون في عام 2006، ثم استخدم جي الليزر لدمج الجرمانيوم السيليكوني البلوري عالي النقاء مع الشعيرات الدموية الزجاجية في بحث أطروحته للدكتوراه.والنتيجة هي ختم ذكي أحادي السيليكون أطول بـ 2000 مرة، والذي يحول النموذج الأولي الأصلي عالي الكفاءة لشركة Bading إلى مادة قابلة للتطبيق تجاريًا.

شياويو جي، طالب الدكتوراه في قسم علوم المواد في جامعة ولاية بنسلفانيا، يجري اختبارات التبلور في مختبر أرجون الوطني

كما يسمح قلب السيليكون البلوري الفردي الصغير جدًا هذا لـ Ji باستخدام ماسح ضوئي ليزر لإذابة وصقل البنية البلورية في وسط القلب الزجاجي عند درجة حرارة تتراوح بين 750-900 درجة فهرنهايت، وبالتالي تجنب تلوث الزجاج بالسيليكون.

لذلك، استغرق الأمر أكثر من 10 سنوات منذ محاولة بادينغ الأولى للجمع بين أشباه الموصلات الذكية والألياف الضوئية البسيطة مع نفس الألياف الضوئية الكهربائية.

بعد ذلك، سيبدأ الباحثون في التحسين (من أجل جعل الألياف الذكية تصل إلى سرعة الإرسال وجودة مماثلة للألياف البسيطة)، ونمط الجرمانيوم السيليكوني للتطبيقات العملية، بما في ذلك المناظير والتصوير وليزر الألياف.