Ученые Московского инженерно-физического института (МИФИ) разработали оригинальный программный пакет. Он рассчитывает квантовые процессы в многослойных гетероструктурах – основных материалах для создания оптоэлектроники.
В МИФИ прогнозируют, что концепцией гражданской радиосвязи будущего станут остронаправленные пучки лучей с частотами в десятки гигагерц. Таким образом можно будет сэкономить энергию и сделать связь более эффективной. Вместо простой антенны, испускающей радиоволны во все стороны, придется использовать антенную решетку, способную формировать несколько остронаправленных лучей. Но подобные системы связи требуют новых подходов. Одним из них может стать использование радиофотоники, которая позволяет хорошо контролировать фазовый сдвиг сигнала и вводить его задержки по времени.
«Мы разрабатываем новые материалы и технологии для обеспечения радиофотонных компонентов. В рамках глобальной задачи развития технологий и компонентов радиофотоники мы выбрали наиболее критичное место – электрооптический модулятор, а также наиболее интересное и сложное направлений развития материалов – гетероструктуры на основе фосфида индия», – рассказал ведущий научный сотрудник Центра радиофотоники и СВЧ-технологий ИНТЭЛ, профессор Иван Васильевский.
По его словам, используя один тип технологий, можно совместить как активные, так и пассивные элементы фотоники разного типа – лазер, модулятор, фотодетектор, весь комплекс элементов, которые позволят создать фотонно-интегральные схемы для обработки сигналов, задач связи и радиолокации. Сложность создания таких материалов том, что они содержат несколько десятков слоев наноразмерного масштаба, отличающихся по химическому составу.
«Наш молодой ученый, кандидат наук Константин Гришаков создал программу, использовав усложненный подход, так называемый KP-метод, который учитывает квантовые взаимодействия близлежащих дырочных состояний. Мы уверены в этой программе, потому что знаем, на каких физических принципах она строится, какие приближения использует», – отметил Иван Васильевский.
В ней используется очень сложная математика, но зато ошибок не возникает. И теперь можно рассчитывать все необходимые свойства любых полупроводниковых структур. По мнению профессора Василевского, разработка станет мощным и надежным инструментом, который исследователи, инженеры и разработчики смогут использовать, не вдаваясь в тонкости квантово-физического моделирования.
Программный продукт, созданный в МИФИ, проводит расчеты в несколько раз быстрее коммерческого зарубежного аналога, который тестировали исследователи университета. По результатам расчета программы специалисты уже изготовили тестовые образцы гетероструктур, которые скоро начнут применять для разработки электрооптических компонент.
«На этих материалах мы сможем сделать компактный и эффективный электрооптический модулятор, сможем внедрить разработку у нашего промышленного партнера – в НИИ «Полюс» им. М.Ф. Стельмаха. Они смогут выпускать серийно компонентную базу для применения в системах как гражданского, так и специального назначения, шагнув в область частот 40 ГГц и выше», – объяснил Иван Васильевский.
