Горизонты технологий: Учёные МФТИ открыли путь к лазерам на алмазах

MForum.ru

Горизонты технологий: Учёные МФТИ открыли путь к лазерам на алмазах

11.01.2026, MForum.ru


Это далеко не новость, соответствующие исследования проведены несколько лет тому назад, но тема продолжает быть актуальной.

Работы учёных из Московского физико-технического института (МФТИ) изменили представление о возможностях полупроводников на основе чистых материалов. Речь идёт о реализации ключевого для работы лазеров и светодиодов эффекта - суперинжекции - в чистых материалах, таких как алмаз и нитрид галлия, при комнатной температуре. Ранее это считалось неосуществимым.

Что такое суперинжекция и почему она считалась невозможной в алмазах?

В обычном светодиоде, чтобы он засветился, нужно создать в полупроводнике избыток электронов и дырок (носителей заряда) и заставить их рекомбинировать, излучая фотоны. Суперинжекция — это состояние, когда концентрация этих «лишних» носителей заряда в активной зоне устройства превышает их концентрацию в прилегающих слоях. Это фундаментальное условие для генерации лазерного излучения.

Проблема с такими материалами, как алмаз, в их исходно высокой чистоте и в широкой запрещённой зоне. В них мало свободных носителей заряда, и потому считалось невозможным создание высокой концентрации носителей, необходимой для суперинжекции.

Считалось, что эффективная суперинжекция возможна только в гетероструктурах - в многослойных системах из разных по составу материалов (например, арсенид галлия-алюминия).

💡 Суть открытия МФТИ

Российские ученые показала, что суперинжекции можно достичь и в чистых материалах, создавая многослойные структуры на их основе, в которых на границах слоев или в центральной области концентрация носителей резко возрастает.

В частности, Игорь Храмцов и Дмитрий Федянин из лаборатории нанооптики и плазмоники Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ МФТИ, показали, что в алмазных p-i-n-диодах (структурах с областями p-типа, i-типа (нелегированной) и n-типа) можно достичь суперинжекции при комнатной температуре. В таких диодах область n-типа легирована фосфором, а p-типа — бором.

Суперинжекция в алмазном диоде позволяет превзойти ранее считавшуюся максимальной концентрацию электронов в алмазе в 10 000 раз. Эффект в алмазе оказался в 50–100 раз сильнее, чем в большинстве полупроводниковых светодиодов и лазеров на основе гетероструктур.

Почему это интересно?

Раньше подобные эффекты в чистых полупроводниках наблюдались лишь вблизи абсолютного нуля. Теперь их добились в обычных условиях комнатной температуры.

Это открыло дорогу к созданию полупроводниковых лазеров на алмазах и нитриде галлия. Такие лазеры потенциально могут быть компактнее, эффективнее, они могли бы работать в более жёстких условиях (из-за исключительной теплопроводности алмаза) и на новых длинах волн.

На основе алмаза можно создать эффективные синие, фиолетовые, ультрафиолетовые и белые светодиоды, которые будут в тысячи раз ярче, чем предсказывали предыдущие теоретические расчёты. Такие источники могут пригодиться, например, в системах Li-Fi и в передатчиках систем оптоволоконной связи.

Результаты исследования были в 2019 году опубликованы в журнале Semiconductor Science and Technology (https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6641/ab0569/meta). Работа поддержана грантом Российского научного фонда.

Кто ещё в мире работает над этим?

Исследования в области широкозонных полупроводников (к ним относятся алмаз и нитрид галлия) для фотоники - одно из самых "горячих направлений" в мире.

  • США: Массачусетский технологический институт (MIT) активно исследуют квантовые сенсоры и источники одиночных фотонов на основе дефектов в алмазах (NV-центры).

  • США: Стэнфордский университет ведет работы по интеграции алмазных фотонных структур с чипами для квантовых вычислений.

  • Япония: Университеты Японии (Токийский, Университет Васэда) весьма активны в исследованиях и производстве нитрида галлия. В частности, учёные из этих университетов работают над мощными лазерами синего и ультрафиолетового диапазона для телекоммуникаций (в частности, подводных), медицины и промышленности.

  • Европа: В рамках программ ЕС идут масштабные проекты по использованию нитрида галлия для создания эффективных микролазеров и элементов фотонных интегральных схем (ФИС).

--

За новостями наземного и спутникового телекома удобно следить в телеграм-канале abloud62. Региональные новости телекома, новости искусственного интеллекта и ЦОД вы найдете в канале abloudRealTime, новости микроэлектроники можно найти в моем канале RUSmicro, также подключайтесь к каналу Бойко про телеком ВКонтакте

теги: горизонты технологий алмазы микроэлектроника полупроводники суперинжекция научные исследования МФТИ

-- 

© Алексей Бойко, MForum.ru


Публикации по теме:

13.08.2026. Геостационарные спутники еще поживут за счет «дозаправки в космосе»

13.08.2026. Lockheed Martin и Verizon показали обнаружение летающих беспилотников с помощью сети 5G и ИИ

02.08.2026. AT&T сократила час вычислений до 15 секунд с помощью квантового компьютера D-Wave – американский оператор задействовал квантовые вычисления для решения сложных задач

31.07.2026. В МФТИ разработали технологию, которая позволит работать с двумерными материалами типа дисульфида молибдена

27.07.2026. Американские исследователи объединили на одном фотонном чипе несколько функций по работе с терагерцевыми технологиями

08.07.2026. SpaceX запустила первый в мире коммерческий спутник с бета-вольтаическим источником энергии

26.06.2026. IBM представила технологию, обещающую плотность размещения узлов от 7А

25.06.2026. Nokia Autonomous Network Fabric на платформе AWS – основа конкурентоспособности операторов в эпоху ИИ?

11.06.2026. От квантового распределения ключа к системам с оптическими вихрями

11.06.2026. В Южной Корее экспериментируют с комбинацией оксида цинка ZnO и теллура Te

10.06.2026. Nvidia претендует на серьезные позиции на рынке AI-RAN / 6G?

04.06.2026. Компания Muon Space – еще один претендент на участие в рынке космических ЦОД

03.06.2026. Ученые из Японии и США разработали кремниевый спинтронный p-бит

13.05.2026. «Вечный двигатель» или научный прорыв? Экс-сотрудник NASA привлёк $12 млн на чип, работающий "от квантового вакуума"

08.05.2026. Кремниевые осцилляторы вместо кубитов - корейский путь к сверхбыстрым вычислениям

28.04.2026. Samsung представила кристалл DRAM, созданный по техпроцессу менее 10-нм

26.04.2026. Imec интегрировал модуляторы из ниобата и танталата лития на платформу кремниевой фотоники

24.04.2026. Cisco представила универсальный квантовый коммутатор для будущего квантового интернета

13.04.2026. Инженеры USC создали чип памяти, работающий при температуре 700 °C

24.03.2026. Норвежский стартап Lace Lithography привлек $40 млн на литографию с атомарным разрешением



Поиск по сайту:


Колонка редактора

22.10. Samsung Electro-Mechanics получила инвестиции в размере $2,8 млрд от американских производителей электроники

22.10. Компания Texas Instruments прогнозирует выручку за 4q2026 выше ожиданий аналитиков

22.10. Samsung и SK Hynix модернизируют свои предприятия в Китае

22.10. «Аквариус» выходит на рынок Wi-Fi оборудования и ПО корпоративных беспроводных сетей

22.10. Speedcast и Soya IT Marine Solutions успешно завершили масштабную модернизацию цифровой связи на 41 судне типа RoRo

22.10. РКН поделилось данными о числе РЭС 5G в России

22.10. МТС отмечает рост спроса на видеонаблюдение на Ставрополье

22.10. МТС усилила сеть в Шимановске Амурской области

22.10. НИИМА «Прогресс» подал иск к Минпромторгу

21.10. Билайн и Binrobi предложат абонентам услуги связи, не требующие платежей

21.10. SpaceX показала улучшение финансовых показателей и готовится к запуску услуг D2D в начале 2028 года

21.10. T2 перевел в режим поддержки 5G 4093 объекта – данные РКН

21.10. Xona делает шаг к собственной навигационной сети: шесть спутников Pulsar выведены на LEO орбиту

21.10. МТС начала предоставлять услуги 5G 2100 МГц в отдельных районах Иркутска

21.10. Представители отрасли предлагают "откатить" ужесточение параллельного импорта

Все статьи >>


Новости

22.10. iPhone 18 получит новый дизайн камеры

22.10. Redmi Band 4 представлен в Китае – 21 день автономности и 5ATM за 169 юаней

22.10. Появились данные о Huawei Mate X8 – запуск в ноябре и новый чип Kirin

21.10. Coolpad Cool X Wide – первый широкоформатный смартфон бренда

21.10. Утечка об Oppo Reno X указывает на батарею 8000 мАч и двойную 200-МП камеру

21.10. Doogee Note60 W – широкоформатный смартфон в стиле Huawei Pura X View

20.10. HMD Vibe 2 Max раскрыт в утечке: 108 МП, 120 Гц и батарея 6000 мАч

20.10. Redmi K100 с батареей 10 000 мАч и Snapdragon 8 Elite выйдет 28 октября

20.10. Samsung Galaxy F70 5G с Exynos 1330 и 120 Гц оценен за 19 999 рупий

20.10. Apple работает над новым iPad mini – в базе регулятора появился чехол Smart Folio

19.10. Раскрыта емкость батареи Moto G47 Power

19.10. Tecno представила Spark 50s и Spark 50C – две новые модели с 120 Гц

19.10. OnePlus Ace 7 и Ace 7 Pro получат 200-МП камеры и перископ

19.10. Samsung может вернуть Exynos 2700 в Galaxy S27 Ultra из-за перегрева Snapdragon

16.10. Появились первые утечки о камерах Samsung Galaxy A58

16.10. HMD планирует уйти с некоторых рынков и сократить глобальное производство

16.10. Samsung начинает распространять обновление One UI 9 для Galaxy A27 и A37

16.10. Раскрыты подробности о 2K 185 Гц дисплее и игровых функциях iQOO Neo12

15.10. itel City 300 5G – 5G-смартфон с экраном 120 Гц за 14 999 рупий

15.10. Раскрыт список совместимых устройств и график обновления до Nothing OS 5.0