Materialer, der skifter fra en fase til en anden, når de belyses af lys med forskellige polariseringer, kan danne en platform for ultrahurtig fotonisk databehandling og informationslagring, siger forskere ved University of Oxford, UK. Materialerne har form af strukturer kendt som hybridiserede-aktive-dielektriske nanotråde, og forskerne siger, at de kunne blive en del af et multiwire-system til paralleliseret datalagring, kommunikation og computing.
Fordi forskellige bølgelængder af lys ikke interagerer med hinanden, kan fiberoptiske kabler transmittere lys ved flere bølgelængder og transportere datastrømme parallelt. Forskellige polariseringer af lys interagerer heller ikke med hinanden, så i princippet kan hver polarisering på samme måde anvendes som en uafhængig informationskanal. Dette ville gøre det muligt at lagre mere information, hvilket dramatisk øger informationstætheden.
Men mens bølgelængdeselektive systemer til transmission af data er almindelige, er polarisationsselektive alternativer ikke blevet udforsket bredt, forklarer studielederforfatter June Sang Lee. "Vores arbejde viser den første prototype af programmerbar enhed ved hjælp af polariseringer, og den maksimerer tætheden af informationsbehandling," fortæller han Fysik verden. Fotonik har en enorm fordel i forhold til elektronik i denne henseende, tilføjer han, da lys rejser hurtigere end elektroner og fungerer over store båndbredder. "Faktisk er beregningstætheden af vores enhed adskillige størrelsesordener større end den for konventionel elektronik."
Funktionelle nanotråde
Den nye fotoniske computerprocessor består af funktionelle nanotråde lavet af et faseskiftende materiale, Ge2Sb2Te5(GST), og silicium, der fungerer som et dielektrikum. Forskerne forbandt nanotrådene, som hver er 15 µm lang og 180 nm bred, til to metalelektroder. Denne opsætning tillod dem at måle den elektriske strøm gennem GST, mens de belyste den med lysimpulser fra en 638-nm-bølgelængdelaser.
Når det belyses med dette lys, skifter fasen af det aktive materiale reversibelt fra en højresistiv (amorf) tilstand til en ledende (krystallinsk) tilstand. Forskerne kan derfor bruge polariseringen af det indkommende lys til at indstille det aktive lags absorption af lys.
Ultratynde nanotråde kunne være en velsignelse for fejlbestandig kvanteberegning
"Det interessante punkt er, at hver nanotråd viser en selektiv omskiftningsreaktion på en specifik polarisationsretning af optiske impulser," siger Lee. "Ved at bruge dette koncept har vi implementeret den fotoniske computerprocessor med flere nanotråde, så flere polariseringer af lys uafhængigt kan interagere med forskellige nanotråde og udføre parallel beregning."
Forskerne beskriver undersøgelsen, som er publiceret i Science Forskud, som tidligt arbejde hen imod en storstilet fotonisk computerenhed. "Vi vil gerne opskalere en sådan funktionalitet ved at ændre enhedskonfigurationen eller ved at bruge integrerede fotoniske kredsløb," afslører Lee. "Vi vil også gerne yderligere undersøge andre nanostrukturer, der kan udnytte egenskaberne ved polarisering."
