Les portes logiques chirales créent des processeurs de données ultrarapides

Les portes logiques optiques basées sur la lumière fonctionnent beaucoup plus rapidement que leurs homologues électroniques et pourraient être cruciales pour répondre à la demande toujours croissante d'un traitement et d'un transfert de données plus efficaces et ultrarapides. Un nouveau type de porte logique de « chiralité optique » développé par des chercheurs de Université Aalto fonctionne environ un million de fois plus vite que les technologies existantes.

Comme les électrons et les molécules, les photons ont un soi-disant degré de liberté intrinsèque connu sous le nom de chiralité (ou latéralité). La chiralité optique, qui est définie par la lumière polarisée circulairement gaucher et droitier, est très prometteuse pour la recherche fondamentale et les applications telles que les technologies quantiques, l'optique non linéaire chirale, la détection, l'imagerie et le domaine émergent de la «valleytronique».

Matériau optique non linéaire

Le nouveau dispositif fonctionne en utilisant deux faisceaux lumineux polarisés circulairement de longueurs d'onde différentes comme signaux d'entrée logiques (0 ou 1, selon leur chiralité optique spécifique). Les chercheurs, menés par Yi Zhang, a fait briller ces faisceaux sur des dalles atomiquement minces du matériau semi-conducteur cristallin MoS₂ sur un substrat massif de dioxyde de silicium. MoS₂ est un matériau optique non linéaire, c'est-à-dire qu'il peut générer de la lumière à une fréquence différente de celle du faisceau d'entrée.

Zhang et ses collègues ont observé la génération d'une nouvelle longueur d'onde (le signal de sortie logique). En ajustant la chiralité des deux faisceaux d'entrée, quatre combinaisons d'entrée - correspondant à (0,0), (0,1), (1,1) et (1,0) - sont possibles. Dans le processus optique non linéaire, le signal de sortie généré est considéré comme un 1 logique ou un 0 logique en fonction de la présence ou de l'absence, respectivement, de ce signal de sortie.

Règles de sélection chirale

Le système fonctionne grâce au fait que le matériau cristallin est sensible à la chiralité des faisceaux d'entrée et obéit à certaines règles de sélection chirale (liées au MoS₂ triple symétrie de rotation de la monocouche). Ces règles déterminent si oui ou non le signal de sortie non linéaire est généré.

Grâce à cette approche, les chercheurs ont pu fabriquer des portes logiques XNOR, NOR, AND, XOR, OR et NAND ultrarapides (moins de 100 fs de temps de fonctionnement), ainsi qu'un demi-additionneur.

Et ce n'est pas tout : l'équipe a également montré qu'un même dispositif pouvait contenir plusieurs portes logiques de chiralité fonctionnant en même temps en parallèle. Ceci est radicalement différent des dispositifs logiques optiques et électriques conventionnels qui effectuent généralement une opération logique par dispositif, explique Zhang. De telles portes logiques parallèles simultanées pourraient être utilisées pour construire des circuits et des réseaux logiques complexes et multifonctionnels.

La porte logique bat un record de vitesse

Les portes logiques de chiralité peuvent également être contrôlées et configurées électroniquement dans une interface électro-optique. "Traditionnellement, la connexion entre l'électronique et l'informatique optique/photonique a été principalement réalisée par une conversion optique-électrique et électrique-optique lente et inefficace", a déclaré Zhang. Monde de la physique. "Nous démontrons le contrôle électrique des portes logiques de chiralité, ouvrant une perspective passionnante pour la première interconnexion directe entre l'informatique électrique et optique."

"Sur cette base, nous espérons que des modalités informatiques entièrement optiques pourront être réalisées à l'avenir", déclare Zhang.

Les chercheurs, qui rapportent leurs travaux Science Advances, espèrent désormais améliorer l'efficacité de leurs portes logiques de chiralité et réduire leur consommation électrique.

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• La source: https://physicsworld.com/a/chiral-logic-gates-create-ultrafast-data-processors/