Forskere designer nyt materiale for at udnytte lysets kraft

Forskere har længe vidst, at syntetiske materialer - kaldet metamaterialer - kan manipulere elektromagnetiske bølger som synligt lys for at få dem til at opføre sig på måder, der ikke kan findes i naturen. Det har ført til gennembrud som billedbehandling med superhøj opløsning. Nu, UMass Lowell er en del af et forskerhold, der tager teknologien til at manipulere lys i en ny retning.

Teamet - som omfatter samarbejdspartnere fra UMass Lowell, King's College London, Paris Diderot University og University of Hartford -har skabt en ny klasse af metamaterialer, der kan "tunes" for at ændre lysets farve. Denne teknologi kunne engang muliggøre on-chip optisk kommunikation i computerprocessorer, fører til mindre, hurtigere, billigere og mere strømeffektive computerchips med bredere båndbredde og bedre datalagring, blandt andre forbedringer. On-chip optisk kommunikation kan også skabe mere effektive fiberoptiske telekommunikationsnetværk.

"Dagens computerchips bruger elektroner til computing. Elektroner er gode, fordi de er små, "sagde prof. Viktor Podolskiy fra Institut for Fysik og Anvendt Fysik, hvem er projektets hovedforsker ved UMass Lowell. "Imidlertid, elektronernes frekvens er ikke hurtig nok. Lys er en kombination af små partikler, kaldet fotoner, som ikke har masse. Som resultat, fotoner kan potentielt øge chipens behandlingshastighed. "

Ved at omdanne elektriske signaler til lyspulser, on-chip kommunikation vil erstatte forældede kobbertråde fundet på konventionelle siliciumchips, Podolskiy forklaret. Dette vil muliggøre chip-til-chip optisk kommunikation og ultimativt, core-to-core kommunikation på samme chip.

"Slutresultatet ville være fjernelsen af ​​kommunikationsflaskehalsen, at få parallel computing til at gå så meget hurtigere, " han sagde, tilføjer, at fotonenes energi bestemmer lysets farve. "Langt de fleste dagligdags genstande, herunder spejle, linser og optiske fibre, kan styre eller absorbere disse fotoner. Imidlertid, nogle materialer kan kombinere flere fotoner sammen, resulterer i en ny foton med højere energi og af anden farve. "

Podolskiy siger, at aktivering af interaktion mellem fotoner er nøglen til informationsbehandling og optisk computing. "Desværre, Denne ikke -lineære proces er ekstremt ineffektiv, og egnede materialer til fremme af fotoninteraktionen er meget sjældne. "

Podolskiy og forskergruppen har opdaget, at flere materialer med dårlige ikke -lineære egenskaber kan kombineres sammen, resulterer i et nyt metamateriale, der udviser ønskede state-of-the-art ikke-lineære egenskaber.

"Forbedringen kommer fra den måde, metamaterialet omformer strømmen af ​​fotoner, "sagde han." Arbejdet åbner en ny retning med at kontrollere materialers ikke-lineære reaktion og kan finde applikationer i optiske kredsløb på chip, drastisk forbedret on-chip-kommunikation. "