TDK представляет первый в мире "спиновый фотодетектор" с потенциалом десятикратного увеличения скорости передачи данных

Корпорация TDK объявила о том, что они разработали первый в мире "спиновый фотодетектор" – фотоспинтронный преобразовательный элемент, который сочетает в себе оптический, электронный и магнитный компоненты и может реагировать на свет с ультравысокой скоростью – 20 пикосекунд (20 х 10^-12 с) при длине волны света 800 нм, то есть более чем в 10 раз быстрее традиционных полупроводниковых фотодетекторов. Ожидается, что это новое устройство станет ключевым стимулом развития фотоэлектрических преобразовательных технологий применительно к увеличению скоростей передачи и обработки данных, особенно в приложениях ИИ, при одновременном снижении энергопотребления.

С развитием ИИ проблема передачи больших объемов данных с более высокими скоростями и меньшими энергетическими затратами становится все более актуальной, и от этого никуда не деться. Для осуществления процессинга и вычислений данные в настоящее время транспортируются между чипами CPU/GPU и то записываются, то извлекаются из памяти посредством электрических сигналов. Этим обусловлена растущая потребность в оптических коммуникациях и оптических интерконнектах, которые обеспечивают высокие скорости, не снижающиеся с увеличением длины интерконнекта. Также растет интерес к технологии фотоэлектрического преобразования, как к компактному сочетанию оптических и электронных способов передачи данных.

В целях решения вышеназванных проблем компания TDK адаптировала свою технологию магнитного туннельного перехода (magnetic tunnel junction, MTJ), которая сегодня используется в миллиардах головок HDD, к фотонике. Одно из главных преимуществ этой технологии – в том, что она не требует выращивания кристаллов на одиночной кристаллической подложке и устройство формируется независимо от материала подложки. Для сравнения, традиционные фотодетекторы на основе полупроводников имеют физические ограничения на более коротких волнах. Поскольку спиновый фотодетектор работает на совершенно другом принципе и использует явление нагрева электронов, он может работать с ультравысокими скоростями даже на укороченных волнах. Кроме того, он имеет экспериментально подтвержденный широкий диапазон рабочих длин волн – от видимого света до ближнего инфракрасного излучения. TDK успешно продемонстрировала спиновый фотодетектор совместно с японским университетом Нихон (Nihon University), пионером в области исследований ультрабыстрых явлений в магнитных материалах.

Помимо этого, благодаря способности к сверхбыстрому детектированию видимого света спиновый фотодетектор в перспективе может применяться в таких устройствах, как умные очки AR/VR и высокоскоростные датчики изображения. Если традиционные полупроводниковые фоточувствительные устройства слабо устойчивы к космическим лучам, то элементы MTJ известны своей высокой устойчивостью к этому виду излучения и предполагаются к использованию в качестве фотодетекторов в космосе. В будущем, на основании полученных результатов, TDK планирует дальнейшее совершенствование своего высокоскоростного светочувствительного элемента, которое будет направлено на увеличение потенциала его практической применимости.