随着人类进入新的计算时代，需要新的小工具来增强光子和电子之间的相互作用，并在纳米尺度上集成电学和光子功能。研究人员创造了一种新型的III-V族半导体纳米腔，可以将光限制在低于所谓的衍射极限的水平，这是实现这一目标的重要一步。

在《光学材料快报》杂志上，研究人员证明，他们的新型纳米腔的模态体积比以前在III-V族材料中显示的要低一个数量级。III-V族半导体具有独特的特性，使其适用于光电器件。

这项工作中表现出的光的显着空间限制改善了光与物质的相互作用，允许更大的 LED 功率、更低的激光阈值和更高的单光子效率。

该研究由丹麦技术大学纳米光子学中心的科学家进行。他们的目标是研究一类新型的介电光学腔，通过使用他们称之为极端介电约束的概念，允许深亚波长光约束。

EDC腔可能会产生极其高效的计算机，其中将深亚波长激光器和光电探测器集成到晶体管中，通过改善光与物质之间的相互作用来降低能耗。

在目前的研究中，III-V族半导体磷化铟中的EDC腔最初是由研究人员使用一种有条不紊的数学技术构建的，该技术放宽了几何限制并优化了拓扑结构。然后，他们使用干法蚀刻和电子束光刻来构建结构。

“EDC纳米腔的特征尺寸小至几纳米，这对于实现极端光浓度至关重要，但它们对制造变化也具有显着的敏感性。我们将腔体的成功实现归功于InP制造平台精度的提高，该平台基于电子束光刻，然后进行干法蚀刻，“Xiong补充道。

拓扑优化的第二阶段是基于研究人员通过改进制造方法实现的相对较小的介电特征尺寸。经过最后一个优化周期后，纳米腔的模体积仅为 0.26 ³，其中 λ 是光的波长，n 是其折射率。

这一成就比通常所说的纳米腔的衍射极限体积小四倍，后者相当于一个侧长为波长一半的灯箱。

研究人员指出，虽然硅最近产生了具有类似特性的空腔，但III-V族半导体具有直接的带到带跃迁，而硅则没有。这些转变对于利用纳米腔提供的Purcell增强是必要的。

Xiong总结道：“在我们的工作之前，不确定III-V族半导体是否能取得类似的结果，因为它们没有受益于为硅电子行业开发的先进制造技术。

目前，研究人员正试图通过提高制造精度来进一步减少模式体积。为了制造有用的纳米激光器或nanoLED，他们还希望使用EDC腔。