Nhiệm vụ tập trung nghiên cứu phát triển các phương pháp mới để tăng cường tương tác ánh sáng-vật chất trong mạch quang tử nano. Các phương pháp này sẽ giúp tiến tới phát triển các sensor hiệu năng cao và các linh kiện tích cực có lợi thế về giá thành rẻ và quy mô sản xuất lớn từ ngành quang tử silic.
Cụ thể là, nhiệm vụ nghiên cứu tính toán lý thuyết và thực nghiệm tương tác của hốc cộng hưởng tinh thể có khe hẹp và dẫn sóng quang tử trên nền tinh thể quang tử từ vật liệu silic nhằm ứng dụng trong tích hợp lai của mạch tích hợp phẳng trong miền bước sóng 1.3-1.5µm. Việc tích hợp lai của mạch tích hợp phẳng là quá trình tích hợp các vật liệu tích cực với cấu trúc quang tử silic nhằm sử dụng những ưu điểm của công nghệ silic trên đế điện môi đồng thời khắc phục được những nhược điểm của silic trong việc chế tạo các linh kiện tích cực. Trong nhiệm vụ này, các cấu hình tương tác hốc cộng hưởng-dẫn sóng khác nhau được khảo sát và so sánh với nhau về khả năng điều chỉnh và khả năng tăng cường tương tác ánh sáng-vật chất từ đó hướng tới ứng dụng trong tích hợp lai on-chip: chế tạo cảm biến, tích hợp với carbon-nanotube cho linh kiện tích cực... Nhiệm vụ đã chế tạo hệ ghép cặp hốc cộng hưởng tinh thể quang tử có khe hẹp và dẫn sóng tinh thể quang tử và tích hợp với carbon-nanotube đơn tường bán dẫn ở vùng bước sóng 1.3µm.

• Về khoa học

- Thiết kế dẫn sóng tinh thể quang tử có khe hẹp với loại mode W1 và true-slot mode hoạt động ở miền thông tin quang;
- Thiết kế hốc cộng hưởng tinh thể quang tử có khe hẹp có mode cộng hưởng định xứ kiểu W1 với bước sóng cộng hưởng trong dải 1,28 µm – 1.5 µm bằng việc thay đổi hằng số mạng;
- Khảo sát khả năng kích thích mode cộng hưởng định xứ trong hốc cộng hưởng từ dẫn sóng tinh thể quang tử và khảo sát khả năng tích hợp lai của hệ kết hợp giữa hốc cộng hưởng và dẫn sóng tinh thể quang tử có khe hẹp tại miền bước sóng 1.3 µm với carbon-nanotube đơn tường bán dẫn.
- Chế tạo hệ kết hợp dẫn sóng – hốc cộng hưởng tinh thể quang tử bằng kỹ thuật quang khắc tia cực tím sâu và tích hợp với carbon-nanotube đơn tường bán dẫn có cộng hưởng tại miền bước sóng khoảng 1.3 µm và thu được tăng cường huỳnh quang khi kích thích hệ bằng laser có bước sóng 735 nm tại vị trí mode cộng hưởng định xứ. Kết quả của nghiên cứu cho thấy tiềm năng ứng dụng của hệ tích hợp lai có thể tạo ra các nguồn sáng có kích thước cỡ nano.

• Về đào tạo

01 Cử nhân đại học và là tiền đề cho những cộng tác quốc tế tiếp theo về đào tạo lực lượng nghiên cứu trẻ trong lĩnh vực quang tử.

• Về phát triển hợp tác

- Tiếp tục giữ vững mối quan hệ hợp tác nghiên cứu giữa hai nhóm nghiên cứu tại Viện HLKHCN VN và Trung tâm Khoa học và Công nghệ nano, Trung tâm Khoa học và Công nghệ Pháp đồng thời mở ra cơ hội cho những hợp tác tiếp theo.
- Góp phần đào tạo lực lượng nghiên cứu viên trẻ trong lĩnh vực quang tử: Cử nhân sau khi tham gia Nhiệm vụ đã tiếp tục được nhận làm Luận văn thạc sĩ tại nhóm nghiên cứu của đối tác tại CH Pháp trong năm 2020 tới đây.

- Thiết kế và chế tạo hệ kết hợp hốc cộng hưởng – dẫn sóng tinh thể quang tử có khe hẹp bằng phương pháp quang khắc cực tím sâu.
- Tích hợp lai giữa hệ kết hợp hốc cộng hưởng – dẫn sóng tinh thể quang tử có khe hẹp chế tạo bằng phương pháp quang khắc cực tím sâu có cộng hưởng tại khoảng 1.3 µm với carbon-nanotube đơn tường bán dẫn có tăng cường huỳnh quang tại 2 mode cộng hưởng định xứ khi kích thích bằng laser tại bước sóng 735 nm.

- Các bài báo đã công bố:
[1] Van An Nguyen, Van Dai Pham, Thi Hong Cam Hoang, Huu Thang Le, Thu Trang Hoang, Quang Minh Ngo, Van Hoi Pham, “A quantitative analysis of the whispering-gallery-mode lasers in Er3+-doped silica glass microspheres towards integration in SOI slotted photonic crystal waveguides,” Opt. Commun., 440, pp. 14-20, 2019.
[2] Thi Hong Cam Hoang, Thanh Binh Pham, Thuy Van Nguyen, Van Dai Pham, Huy Bui, Van Hoi Pham, Elena Duran, Carlos Ramos, Xavier Le Roux, Laurent Vivien, Eric Cassan, “Hybrid integrated nanophotonic silicon-based structures and their applications,” Communications in Physics, 29, pp. 481-490, 2019.
- Đào tạo: Đào tạo một Cử nhân ngành Khoa học vật liệu tiên tiến và Công nghệ nano, ĐH Khoa học và Công nghệ Hà Nội với đề tài luận án “Thiết kế dẫn sóng tinh thể quang tử silic trên đế điện môi hoạt động trong miền thông tin quang cho mạch tích hợp” bảo vệ trong năm học 2018-2019.

Nhiệm vụ thực hiện đạt kết quả tốt và mở ra những cơ hội cộng tác tiếp theo. Thay mặt tập thể thực hiện Nhiệm vụ, Chủ nhiệm Nhiệm vụ chân thành cảm ơn Cơ quan chủ trì Nhiệm vụ và Ban Hợp tác Quốc tế, Viện HLKHCNVN đã ủng hộ, tạo điều kiện cho Tập thể có cơ hội thực hiện Nhiệm vụ này. Chủ nhiệm Nhiệm vụ hy vọng có cơ hội được thực hiện các Nhiệm vụ hợp tác quốc tế tiếp theo.