Các nhà khoa học tại Viện Công nghệ California (Caltech) đã phát triển một phương pháp tạo ra các đường dẫn quang học có độ suy hao cực thấp ngay trên các tấm wafer silicon. Công nghệ mới này cho phép dẫn truyền ánh sáng với mức suy hao tiệm cận với các chỉ số của sợi quang, đặc biệt là trong dải bước sóng khả kiến.
Các nhà nghiên cứu đã sử dụng thủy tinh germanosilicate — cùng loại vật liệu được dùng trong sợi quang. Các ống dẫn sóng được tạo hình thành các vòng xoắn để ánh sáng có thể đi một quãng đường dài trên diện tích nhỏ gọn của con chip chỉ rộng vài centimet. Điều này gợi nhớ đến việc quấn sợi quang vào cuộn dây, nhưng ở quy mô nano.
Trong quang phổ khả kiến, nền tảng mới này vượt trội hơn silicon nitride — vật liệu tiêu chuẩn cho các mạch tích hợp quang tử — gấp 20 lần. Mức suy hao được giảm xuống thấp đến mức các laser dựa trên các ống dẫn sóng này cho thấy sự cải thiện về độ kết hợp của ánh sáng lên tới hơn một trăm lần.
Trưởng dự án Kerry Vahala lưu ý rằng phương pháp này mang lại những ưu điểm của việc sản xuất sợi quang lên các tấm wafer silicon tiêu chuẩn 8 và 12 inch. Các đồng tác giả của công trình — nghiên cứu sinh sau tiến sĩ Hao-Jing Chen và nghiên cứu sinh Kellan Colburn — nhấn mạnh rằng độ mịn của bề mặt đạt được nhờ quá trình «nấu chảy lại» trong lò nung đến cấp độ nguyên tử.
Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Nature. Các thiết bị này đã được thử nghiệm trong các bộ cộng hưởng vòng, các loại laser khác nhau và các bộ cộng hưởng phi tuyến. Các ứng dụng tiềm năng bao gồm đồng hồ nguyên tử trên chip, con quay hồi chuyển, các hệ thống lượng tử và truyền thông tiết kiệm năng lượng trong các trung tâm dữ liệu AI.
Điều này sẽ ảnh hưởng như thế nào đến sự phát triển của các cảm biến thu nhỏ và công nghệ lượng tử trong những năm tới? Hiện tại, có một điều rõ ràng: mức suy hao thấp mở đường cho các mạch quang tử có độ kết hợp cao hơn và tiết kiệm chi phí hơn, những điều trước đây từng được coi là không thể đạt được trên silicon.
Công trình được tài trợ bởi DARPA, Không quân Hoa Kỳ và các tổ chức khác. Các nhà khoa học nhấn mạnh rằng đây chỉ là một giai đoạn trung gian — những tiến bộ đáng kể vẫn còn ở phía trước.
