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來自莫斯科物理科學與技術研究所（MIPT）的研究人員首次實驗證明，銅納米光子元件可以在光子器件中成功運行 - 以前認為只有金和銀元件可以這樣做。銅組件不僅與貴金屬組件一樣好;它們也可以使用行業標準制造工藝在集成電路中輕松實現。“這是一場革命 - 使用銅將解決納米光子學中的一個主要問題，”該論文的作者說。結果發表在納米快報的科學雜志上。

這一發現是光子學和未來計算機的革命性發明，是由MIPT納米光電子中心的納米光學和等離子體實驗室的研究人員制作的。他們首次成功地生產了銅納米光子元件，其特性與金元件一樣好。值得注意的是，科學家使用與當今用于生產現代集成電路的行業標準制造技術兼容的工藝制造銅部件。。這意味著在不久的將來，銅納米光子元件將成為開發節能光源，超靈敏傳感器以及具有數千個核心的高性能光電處理器的基礎。

這一發現是在納米光子學的基礎上進行的 - 納米光子學是研究的一個分支，其目的之一是利用光子代替電子用更現代的元件取代數據處理器件中的現有元件。然而，雖然晶體管的尺寸可以縮小到幾納米，但是光的衍射將光子元件的最小尺寸限制為大約光波長（~1微米）的尺寸。盡管這種所謂的衍射極限具有基本性質人們可以通過使用金屬 - 電介質結構來創造真正的納米級光子元件來克服它。

首先，大多數金屬在光學頻率下顯示出負介電常數，并且光不能通過它們傳播，穿透到僅25納米的深度。其次，光可以轉換成表面等離子體激元，表面波沿著金屬表面傳播。這使得可以從傳統的3D光子學切換到2D表面等離子體光子學，其被稱為等離子體激元。這提供了以大約100納米的尺度控制光的可能性，即遠遠超出衍射極限。

以前認為只有兩種金屬 - 金和銀 - 可用于構建有效的納米光子金屬 - 電介質納米結構，并且還認為沒有其他金屬可以替代這兩種材料，因為它們表現出強吸收。然而，在實踐中，使用金和銀制造組件是不可能的，因為這些貴金屬都不會進入化學反應，因此非常困難，昂貴且在許多情況下不可能用它們來制造納米結構 - 基礎現代光子學。

MIPT納米光學和等離子體實驗室的研究人員已經找到了解決這個問題的方法。基于所謂的等離子體金屬理論的推廣，2012年，他們發現銅作為光學材料不僅可以與黃金競爭，它還可以是更好的替代品。與金不同，使用濕法或干法蝕刻可以容易地構造銅。這提供了制造納米級元件的可能性，這些元件易于集成到硅光子或電子集成電路中。

研究人員花了兩年多的時間購買所需設備，開發制造工藝，生產樣品，進行多次獨立測量，并通過實驗證實這一假設。“結果是，研究負責人Dmitry Fedyanin表示，我們成功地制造了具有光學特性的銅芯片，這種芯片絕不遜色于金芯片。此外，我們設法在與CMOS技術兼容的制造工藝中實現了這一目標。所有現代集成電路的基礎，包括微處理器。這是納米光子學的一種革命“。

研究人員指出，薄多晶銅薄膜的光學特性取決于其內部結構。控制這種結構并在技術周期中始終如一地重現所需參數的能力是最困難的任務。然而，他們已經設法解決了這個問題，證明不僅可以用銅實現所需的性能，而且可以在納米級元件中完成，這可以與硅納米電子學和硅納米光子學集成。“我們對銅膜進行了橢圓偏光測量，然后使用納米結構的近場掃描光學顯微鏡確認了這些結果。這證明了在制造納米級等離子體元件的整個過程中銅的性質不會受損。

這些研究為銅納米光子和等離子體組件的實際應用奠定了基礎，在不久的將來，這些組件將用于創建LED，納米激光器，用于移動設備的高靈敏度傳感器和傳感器，以及具有數萬個的高性能光電處理器用于圖形卡，個人計算機和超級計算機的核心。
（責任編輯：fqj）