大突破：盘算机快1千倍，纯硅基光子芯片指日可待，硅能发光了！

我们现在使用的电脑都属于电子盘算机，由电流来通报和处置惩罚信息。而光子盘算机、光子芯片，顾名思义就是不用电子而是光子来通报信息，相比我们现在使用的传统电子盘算机有什么利益？

首先，众所周知，电流在导体内运动会发生能量损耗（除非使用超导体），在我们使用手机和电脑时对此最直观的感受就是“发烧和散热”，如今的整个电子行业无论手机、平板还是电脑，在设计时最重要的就是散热，而用户最讨厌的也是设备太热，对于便携设备来说，这意味着使用舒适感下降，设备还会因为太热而自动降频运行；对于大型盘算设备来说，则意味着白白浪费许多能量，一方面一些能量酿成热量浪费了，另一方面，为了让这些热量快速散去，还要使用大量能量在散热设备上。

其次，光子芯片速度远超电子芯片，简朴来说，光子速度远比导体内的电子要快多了，导体内电子速度或许593km/s，而光子则是光速300000km/s，两者不在一个量级上，速度越快，意味着盘算能力越强，运算速度越快。

所以，光子盘算机和光子芯片的优势是显而易见的，但自从人类开始用硅制造芯片以来，就没有能让硅发过光，而这却正是普及甚至民用光子盘算机的前提。需知，其实我们已经造出了光子盘算机，但使用的是普通激光发生器，所需的条件如温度等较苛刻，而且造价极高，很难进入实用阶段。

如今，这一切都被荷兰的研究团队改变了，来自荷兰埃因霍温理工大学（Technischen Universität Eindhoven）的Erik Bakkers向导的团队首次实现了让特殊的硅锗合金发光，并宣布第一台硅基激光器能在今年内就准备停当。论文截图如下：

为什么硅是如此“光懒惰”？

Erik Bakkers解释说：“硅不是良好的发光体，原因是所谓的带隙。”当被引发的半导体中的电子从较高的能态（即导带）变为能量较低的价带时，就会释放光子并发生光。可是，对于具有立方晶体结构的硅，导带和价带被抵消了，因此这种跳跃受到了滋扰，因此硅很难发光。

为了制止这个问题，一些研究者将使用其它半导体（如砷化铟和砷化镓）制成的微型激光器集成到芯片中去，以此开发光子电子混淆芯片。但到现在为止，微电子学的圣杯，硅基光子芯片一直都没能实现。

强迫硅从立方晶体结构酿成六方晶体结构

现在，Bakkers和他的团队找到了这个“圣杯”，突破的基础是修改硅晶格，Bakkers解释说：“我们做出的锗硅合金具有六边形结构，理论上这就能让硅可以发光了。”

Bakkers和他的团队在2015年就乐成制备了这种六方晶体结构硅，他们先用另一种质料做出六方体纳米结构，然后在其上涂上一层锗硅合金，迫使该合金变出了六方晶体结构。可是，最初他们依然没能让这样的六方晶体结构锗硅合金发光。

今年晚些时候能做出第一台硅激光器

之后，研究人员不停对工艺举行了优化，新工艺让硅合金具有很少的晶体缺陷和杂质，最终在最近，使用新工艺做出的六方晶体结构锗硅合金成为了有效发光体， Bakkers说：“我们现在已经获得了险些可以与磷化铟或砷化镓媲美的光学性能。”实验和与理论的比力证实，他们制备的六方晶体结构硅合金具有直接带隙，是良好的发光体。

这就意味着可以很容易做出集成硅激光器的硅光子芯片， Bakkers说：“这只是时间问题而已，如果一切顺利，我们可以在今年设计出一种基于硅的激光器，这样就可以将这些硅激光器集成到传统的硅芯片中，从而用硅生产出真正的光子芯片。“

“这是硅技术的第二次革命”

瑞士洛桑工业大学的Anna Fontcuberta i Morral也认为这是一个真正的突破：“生长具有光功效的硅基合金，可能引发硅技术的第二次革命”。

该研究的合著者，慕尼黑技术大学的Jonathan Finley解释说：“如果我们能够在芯片内使用光子，让一个芯片到另一个芯片的通信也使用光子，盘算设备速度可提高1千倍。我们可将其用于汽车自动驾驶、医学诊断的化学传感器、丈量空气和食品质量的所有芯片中，而且芯片价钱都比以前低得多，效率高许多，速度快许多。 ”