在芯片技术发展到今天，电子信号在芯片内部传递仍然是通过铜导线实现，速度远远赶不上外部传输时的光速。为了实现真正的高速运算，科学家们开始研究把光子引入芯片内部。和电子不同，光子没有电荷和质量，不会产生热量损耗，这种独特的性质让它们在数据传输方面有着巨大优势。如果能够在芯片内部建立起光子接力传递系统，运算速度有望提升上千倍，同时能耗却能减少一半，这对计算机的发展意义重大。 现代微处理器中包含着海量的晶体管，在高频状态下铜线容易散射信号，大量电能转化为焦耳热白白浪费。此外，电子每次移动都会与原子碰撞产生热量，“热”问题成为制约摩尔定律发展的主要障碍。相比之下，光子既不会发热也不损失能量，它就像是一根不会烫手的导线。如果把光纤这种“冷”传输技术搬进芯片，计算机就不用再依赖庞大的散热风扇。 硅作为一种最熟悉、最成熟的半导体材料却有着一个致命缺陷：它既不会自发发光，也无法高效控制光子流。过去科学家们曾尝试把其他发光材料嫁接到硅平台上，但由于晶格不匹配和工艺不兼容而屡屡失败。想要让硅真正“亮”起来，就必须改变它的晶体结构。 慕尼黑工业大学的芬利带领团队进行了一次大胆尝试：把立方体形状的硅强行弯曲成六角形。起初他们试图在平面锗上直接沉积硅原子来改变结构，但硅原子却顽固地保持着立方体形态。团队最终找到了一个突破口：在纳米尺度下用砷化镓纳米线做六边形骨架，再包裹上一层硅壳，终于成功长出了六角形硅锗合金。 通过精细调控锗的含量比例科学家们发现了一个关键临界点：当锗的浓度超过65%时，这种合金材料就能在930 nm波段发出明显的光致发光峰；而低于这个比例时就不发光。这个发现被《自然》杂志刊载后意味着硅基发光源距离商业化只剩下最后一步。 真正推动光子芯片发展的关键在于集成激光器。塞拉斯（SERAS）项目由欧盟FET资助展开研究目标是在同一块晶圆上实现发光源、波导和激光器的集成。一旦成功这项技术将让芯片级激光器首次把放大、传输和接收全流程搬到硅平台上宣告电子-光子混合系统的诞生。 未来光子技术将广泛应用于自动驾驶、医疗诊断和实时监测等场景中它的快速、精准和低功耗特性让它在许多领域都具有不可替代的优势。当硅开始发光计算机将告别“电时代”进入“光时代”。下一次摩尔定律的增量很可能就藏在一条纳米级的光束里。 从北京到上海通过一根光纤传输数据几乎不会产生热量损失。相比之下现代微处理器中的铜线在高频状态下容易散射信号产生大量焦耳热白白浪费掉。如果能把光纤这种“冷”传输技术搬进芯片计算机就不用再依赖庞大的散热风扇。 硅是半导体领域里储量丰富、工艺成熟的“老大哥”但它的晶体结构却“不擅光学”既不会自发发光也无法高效控制光子流。过去科学家们曾试图把砷化镓、磷化铟等发光材料嫁接到硅平台上但由于晶格失配和工艺不兼容而屡屡碰壁。想要让硅真正“亮”起来就必须改变它的晶体结构。 慕尼黑工业大学的芬利带领团队进行了一次大胆尝试：把立方体形状的硅强行弯曲成六角形起初他们试图在平面锗上直接沉积硅原子来改变结构但硅原子却顽固地保持着立方体形态团队最终找到了一个突破口：在纳米尺度下用砷化镓纳米线做六边形骨架再包裹上一层硅壳终于成功长出了六角形硅锗合金。 通过精细调控锗的含量比例科学家们发现了一个关键临界点：当锗的浓度超过65%时这种合金材料就能在930 nm波段发出明显的光致发光峰；而低于这个比例时就不发光这个发现被《自然》杂志刊载后意味着硅基发光源距离商业化只剩下最后一步。 真正推动光子芯片发展的关键在于集成激光器塞拉斯（SERAS）项目由欧盟FET资助展开研究目标是在同一块晶圆上实现发光源、波导和激光器的集成一旦成功这项技术将让芯片级激光器首次把放大、传输和接收全流程搬到硅平台上宣告电子-光子混合系统的诞生未来量子计算机、低成本的硅基发光二极管、光纤激光器、光传感器乃至发光量子点都将纳入同一技术轨道。 光子技术的未来应用非常广泛从自动驾驶的激光雷达到医疗诊断的光学生物传感器再到实时空气污染监测系统光学信号正渗透每一个需要“快、准、冷”的场景当硅开始发光计算机将告别“电时代”进入“光时代”下一次摩尔定律的增量很可能就藏在一条纳米级的光束里。