Elektro-optisk enhed giver løsning til hurtigere computerhukommelser og processorer

Den første integrerede enhed i nanoskala nogensinde, som kan programmeres med enten fotoner eller elektroner, er blevet udviklet af forskere i Harish Bhaskarans Advanced Nanoscale Engineering-forskningsgruppe ved University of Oxford.

I samarbejde med forskere ved universiteterne i Münster og Exeter, forskere har skabt en første-af-en-kind elektro-optisk enhed, som bygger bro mellem områderne optisk og elektronisk databehandling. Dette giver en elegant løsning til at opnå hurtigere og mere energieffektive hukommelser og processorer.

At regne med lysets hastighed har været en lokkende, men undvigende udsigt, men med denne udvikling er det nu i håndgribelig nærhed. Brug af lys til at kode såvel som overførsel af information gør det muligt for disse processer at forekomme ved den ultimative hastighedsgrænse - lysets. Mens for nylig, brug af lys til visse processer er eksperimentelt blevet demonstreret, der har manglet en kompakt enhed til at forbinde med traditionelle computeres elektroniske arkitektur. Inkompatibiliteten af ​​elektrisk og lys-baseret databehandling stammer grundlæggende fra de forskellige interaktionsvolumener, som elektroner og fotoner opererer i. Elektriske chips skal være små for at fungere effektivt, hvorimod optiske chips skal være store, da lysets bølgelængde er større end elektronernes.

For at overvinde dette udfordrende problem kom forskerne med en løsning til at begrænse lys i nanoskopiske dimensioner, som beskrevet i deres papir Plasmonic nanogap forbedrede faseskiftenheder med dobbelt elektrisk-optisk funktionalitet udgivet i Videnskabens fremskridt , 29. november 2019. De skabte et design, som gjorde det muligt for dem at komprimere lys til et volumen i nanostørrelse gennem det, der er kendt som overfladeplasmonpolariton. Den dramatiske størrelsesreduktion i forbindelse med den betydeligt øgede energitæthed er, hvad der har gjort det muligt for dem at bygge bro over den tilsyneladende inkompatibilitet af fotoner og elektroner til datalagring og beregning. Mere specifikt, det blev vist, at ved at sende enten elektriske eller optiske signaler, tilstanden af ​​et foto- og elektrofølsomt materiale blev transformeret mellem to forskellige tilstande af molekylær orden. Yderligere, tilstanden af ​​dette fasetransformerende materiale blev aflæst af enten lys eller elektronik, hvilket gjorde enheden til den første elektro-optiske hukommelsescelle på nanoskala med ikke-flygtige egenskaber.

"Dette er en meget lovende vej fremad inden for beregning og især på områder, hvor høj behandlingseffektivitet er nødvendig, " siger Nikolaos Farmakidis, kandidatstuderende og medforfatter.

Medforfatter Nathan Youngblood fortsætter:"Dette inkluderer naturligvis kunstig intelligens-applikationer, hvor der i mange tilfælde er behov for høj ydeevne, lav-power computing overgår langt vores nuværende muligheder. Det menes, at grænseflade mellem lysbaseret fotonisk databehandling med dens elektriske modstykke er nøglen til det næste kapitel i CMOS-teknologier."