电源/性能位:5月5日

CMOS-compatible激光
Forschungszentrum Jülich，意法半导体纳米科学和纳米技术中心(C2N)和CEA-Leti格勒诺布尔的研究人员开发了一种CMOS-compatible激光用于光学数据传输。该激光器由锗和锡组成，效率可与传统的硅镓半导体激光器相媲美。

光通信提供了更高的数据速率，甚至在短距离上也开始具有吸引力。“最关键的缺失组件是廉价的激光器，这是实现高数据速率所必需的。与硅基CMOS技术兼容的电泵浦激光器将是理想的，”Forschungszentrum Jülich的Peter Grünberg研究所(PGI-9)主任Detlev Grützmacher解释道。“这样的激光器可以在芯片制造过程中简单地成型，因为整个芯片生产最终都是基于这种技术。”

通常，III-V化合物半导体被用于制造激光器。“然而，它们的晶格与硅的结构完全不同，硅是IV族元素。激光元件目前是外部制造的，随后必须进行集成，这使得该技术非常昂贵。”Grützmacher说。

通过使用锗和锡，这两种IV族元素和硅一样，新的激光器可以在CMOS工艺中制造出来。纯锗，就其性质而言，是一种像硅一样的间接半导体。高浓度的锡可以把它变成激光源的直接半导体，”Jülich的彼得Grünberg研究所(PGI-9)的工作组负责人丹·布卡指出。

需要大量的锡是个问题。“然而，高锡含量会降低激光效率。激光需要相对较高的泵浦功率。在12- 14%的锡含量下，我们已经需要100-300千瓦/平方厘米。”Jülich的Nils von den Driesch解释道。“因此，我们试图降低锡的浓度，并通过额外强调材料来弥补这一点，这大大提高了光学性能。”

研究人员将其含量降低到5%左右，同时将必要的泵送功率降低到0.8 kW/cm2。这产生很少的废热，使得激光器不仅可以在脉冲状态下工作，而且可以作为“连续波激光器”在连续工作状态下工作。

“这些数值表明，锗锡激光器在技术上是可行的，其效率与传统的III-V型硅半导体激光器相当。这也使我们更接近于在室温下工作的工业应用电泵浦激光器，”Grützmacher说。这种新型激光器目前仅限于光激发和大约-140°C的低温。

除了数据传输，该团队还看到了激光在红外和夜视系统、气体传感器和呼吸分析方面的潜力。

产生太赫兹波
EPFL的研究人员制造了一种能够产生高功率的纳米设备太赫兹波．它既可以安装在芯片上，也可以安装在柔性基板上。

该设备由两块相距20nm的金属板组成。当施加电压时，电子涌向其中一个板，在那里它们形成纳米等离子体。一旦电压达到一定的阈值，电子几乎立即被发射到第二极板。这种由快速开关实现的快速运动产生了产生高频波的高强度脉冲。

电压可以在一皮秒内从10V或更低的电压飙升到100V。它几乎可以持续地这样做，每秒发出多达5000万个信号。当连接到天线时，该系统可以产生和辐射高功率太赫兹波。

该团队的设备可以产生高能和高频脉冲。EPFL功率和宽带隙电子研究实验室(POWERlab)教授埃里森·马蒂奥利(Elison Matioli)说:“通常情况下，这两个变量都不可能达到很高的值。”“高频半导体器件的尺寸为纳米级。它们只能承受几伏电压就会爆发。与此同时，大功率设备体积太大，速度太慢，无法产生太赫兹波。我们的解决方案是用最先进的纳米级制造技术重新审视等离子体的旧领域，提出一种新的设备来克服这些限制。”

“这些纳米器件，一方面带来了极高的简单性和低成本，另一方面，表现出出色的性能。此外，它们可以与其他电子设备集成，如晶体管。考虑到这些独特的性质，纳米等离子体可以为超高速电子领域塑造一个不同的未来，”POWERlab的博士生Mohammad Samizadeh Nikoo说。

研究人员表示，这种太赫兹发生器可以安装在智能手机和其他用于无线通信的手持设备上，并且认为这项技术的应用范围可能超出产生太赫兹波。

磁能收集
宾夕法尼亚州立大学和弗吉尼亚理工大学的科学家们提出了一种方法从小磁场中获取能量这种设备能够产生足够的电力，为智能建筑或工厂的传感器网络供电。

宾夕法尼亚州立大学材料科学与工程教授、负责研究的副校长Shashank Priya说:“就像阳光是我们试图获取的免费能源一样，磁场也是。”“这种无处不在的能量存在于我们的家庭、办公室、工作场所和汽车中。它无处不在，我们有机会收集这种背景噪音，并将其转化为可用的电力。”

该设备长约1.5英寸，薄如纸，设计用于放置在磁场最强的电器、电灯或电源线上或附近。它具有磁致伸缩层和压电层的复合结构，磁致伸缩层将磁场转化为应力，压电层将应力或振动转化为电场。这种组合可以使该设备将磁场转化为电流。

该装置有一个束状结构，一端夹紧，另一端可以自由振动以响应施加的磁场。科学家们说，安装在光束自由端上的磁铁放大了这种运动，有助于产生更高的电量。

当放置在距离加热器4英寸的地方时，该设备产生的电量足以为180个LED阵列供电，而在距离加热器8英寸的地方，则足以为一个数字闹钟供电，而无需为电容器充电。

普丽亚说:“这项研究的美妙之处在于，它使用了已知的材料，但设计的结构基本上最大限度地将磁场转化为电能。”“这可以在低振幅磁场下实现高功率密度。”

普里亚补充说:“在建筑物中，众所周知，如果将许多功能自动化，实际上可以显著提高能源效率。”“建筑是美国最大的电力消费者之一。因此，即使能源消耗下降几个百分点，也可以代表或转化为兆瓦的节省。传感器将使这些控制自动化成为可能，而这项技术是为这些传感器供电的现实方式。”