Forskere skaber fotoniske materialer til kraftfuld, effektiv lysbaseret databehandling

Forskere fra University of Central Florida udvikler nye fotoniske materialer, der en dag kan hjælpe med at muliggøre laveffekt, ultrahurtig, lys-baseret databehandling.

De unikke materialer, kendt som topologiske isolatorer, er som ledninger, der er vendt vrangen ud, hvor strømmen løber langs ydersiden, og det indre er isoleret.

Topologiske isolatorer er vigtige, fordi de kan bruges i kredsløbsdesign, der gør det muligt at proppe mere processorkraft ind i et lille rum uden at generere varme, og dermed undgå overophedningsproblemet, som nutidens mindre og mindre kredsløb står over for.

I deres seneste arbejde, offentliggjort i tidsskriftet Nature Materials , demonstrerede forskerne en ny tilgang til at skabe materialerne, der bruger et nyt, lænket, honeycomb-gitterdesign.

Forskerne laserætsede det kædede, honeycombed-design på en prøve af silica, det materiale, der almindeligvis bruges til at lave fotoniske kredsløb.

Noder i designet giver forskerne mulighed for at modulere strømmen uden at bøje eller strække de fotoniske ledninger, en væsentlig egenskab, der er nødvendig for at kontrollere lysstrømmen og dermed informationen i et kredsløb.

Det nye fotoniske materiale overvinder ulemperne ved moderne topologiske designs, der tilbød færre funktioner og kontrol, mens de understøtter meget længere udbredelseslængder for informationspakker ved at minimere strømtab.

Forskerne forestiller sig, at den nye designtilgang introduceret af de bimorfe topologiske isolatorer vil føre til en afvigelse fra traditionelle modulationsteknikker og bringe teknologien til lysbaseret databehandling et skridt tættere på virkeligheden.

Topologiske isolatorer kan også en dag føre til kvanteberegning, da deres funktioner kan bruges til at beskytte og udnytte skrøbelige kvanteinformationsbits, og dermed tillade processorkraft hundredvis af millioner gange hurtigere end nutidens konventionelle computere.

Forskerne bekræftede deres resultater ved hjælp af avancerede billeddannelsesteknikker og numeriske simuleringer.

"Bimorfe topologiske isolatorer introducerer et nyt paradigmeskift i design af fotoniske kredsløb ved at muliggøre sikker transport af lyspakker med minimale tab," siger Georgios Pyrialakos, en postdoktor ved UCF's College of Optics and Photonics og undersøgelsens hovedforfatter.

Næste trin for forskningen inkluderer inkorporering af ikke-lineære materialer i gitteret, der kunne muliggøre aktiv kontrol af topologiske regioner og dermed skabe brugerdefinerede veje til lyspakker, siger Demetrios Christodoulides, professor ved UCF's College of Optics and Photonics og studie medforfatter . + Udforsk yderligere

Quantum ensrettet gade i topologiske isolator nanotråde