Forskere laver den første altoptiske nanotrådskifte

(Phys.org) - Computere bliver muligvis hurtigere hvert år, men disse fremskridt i computerhastighed kunne blive dværgede, hvis deres 1'er og 0'er blev repræsenteret af lysudbrud, i stedet for elektricitet.

Forskere ved University of Pennsylvania har gjort et vigtigt fremskridt inden for denne grænse for fotonik, fremstilling af den første altoptiske fotoniske switch ud af cadmiumsulfid-nanotråde. I øvrigt, de kombinerede disse fotoniske switches til en logisk port, en grundlæggende komponent i computerchips, der behandler oplysninger.

Forskningen blev udført af lektor Ritesh Agarwal og kandidatstuderende Brian Piccione fra Institut for Materialevidenskab og Teknik i Penn's School of Engineering and Applied Science. Postdoktorer Chang-Hee Cho og Lambert van Vugt, også af materialevidenskabsafdelingen, bidraget til undersøgelsen.

Det blev offentliggjort i tidsskriftet Naturnanoteknologi .

Forskerteamets innovation bygger på deres tidligere forskning, som viste, at deres cadmiumsulfid-nanotråde udviste ekstremt stærk lysstofkobling, gør dem særligt effektive til at manipulere lys. Denne kvalitet er afgørende for udviklingen af ​​nanoskala fotoniske kredsløb, da eksisterende mekanismer til styring af lysstrømmen er større og kræver mere energi end deres elektroniske analoger.

"De største udfordringer for fotoniske strukturer på nanoskalaen er at få lyset ind, manipulere det, når det er der og derefter få det ud, "Agarwal sagde." Vores største innovation var, hvordan vi løste det første problem, ved at det tillod os at bruge nanotråden selv til en on-chip lyskilde. "

Forskergruppen begyndte med præcist at skære et hul i en nanotråd. De pumpede derefter nok energi ind i det første nanotrådssegment, at det begyndte at udsende laserlys fra dets ende og gennem hullet. Fordi forskerne startede med en enkelt nanotråd, de to segmentender passede perfekt sammen, tillader det andet segment effektivt at absorbere og transmittere lyset ned ad dets længde.

"Når vi har lyset i det andet segment, vi skinner endnu et lys gennem strukturen og slukker for det, der transporteres gennem den ledning, "Sagde Agarwal." Det er det, der gør det til et skift. "

Forskerne var i stand til at måle lysets intensitet, der kommer ud af slutningen af ​​den anden nanotråd og vise, at kontakten effektivt kunne repræsentere de binære tilstande, der bruges i logiske enheder.

"Ved at sætte kontakter sammen kan du lave logiske porte, og samling af logiske porte giver dig mulighed for at udføre beregning, "Sagde Piccione." Vi brugte disse optiske switches til at konstruere en NAND -port, som er en grundlæggende byggesten for moderne computerbehandling. "

En NAND -port, som står for "ikke og, "returnerer et" 0 "-output, når alle dets input er" 1. "Det blev konstrueret af forskerne ved at kombinere to nanotrådskontakter til en Y-formet konfiguration. NAND-porte er vigtige for beregning, fordi de er" funktionelt komplette, " hvilket betyder at, når den placeres i den rigtige rækkefølge, de kan udføre enhver form for logisk operation og dermed danne grundlag for computerprocessorer til generelle formål.

"Vi ser en fremtid, hvor 'forbrugerelektronik' bliver 'forbrugerfotonik', "Sagde Agarwal." Og denne undersøgelse viser, at det er muligt. "