Polarisasjonsbryteren gjør ultrarask fotonisk datamaskin

Materialer som bytter fra en fase til en annen når de blir opplyst av lys med forskjellige polarisasjoner kan danne en plattform for ultrarask fotonisk databehandling og informasjonslagring, sier forskere ved University of Oxford, Storbritannia. Materialene har form av strukturer kjent som hybridiserte-aktive-dielektriske nanotråder, og forskerne sier at de kan bli en del av et flertrådssystem for parallellisert datalagring, kommunikasjon og databehandling.

Fordi forskjellige bølgelengder av lys ikke samhandler med hverandre, kan fiberoptiske kabler overføre lys ved flere bølgelengder, og bære strømmer av data parallelt. Ulike polarisasjoner av lys samhandler heller ikke med hverandre, så i prinsippet kan hver polarisasjon på samme måte brukes som en uavhengig informasjonskanal. Dette vil tillate mer informasjon å bli lagret, og dramatisk øke informasjonstettheten.

Men mens bølgelengdeselektive systemer for overføring av data er vanlige, har ikke polarisasjonsselektive alternativer blitt mye utforsket, forklarer studielederforfatter June Sang Lee. "Vårt arbeid viser den første prototypen av programmerbar enhet som bruker polarisasjoner, og den maksimerer tettheten av informasjonsbehandling," forteller han Fysikkens verden. Fotonikk har en enorm fordel fremfor elektronikk i denne forbindelse, legger han til, siden lys beveger seg raskere enn elektroner og fungerer over store båndbredder. "Beregningstettheten til enheten vår er faktisk flere størrelsesordener større enn for konvensjonell elektronikk."

Funksjonelle nanotråder

Den nye fotoniske dataprosessoren består av funksjonelle nanotråder laget av et faseendringsmateriale, Ge₂Sb₂Te₅(GST), og silisium, som fungerer som et dielektrikum. Forskerne koblet sammen nanotrådene, som hver er 15 µm lang og 180 nm bred, til to metallelektroder. Dette oppsettet tillot dem å måle den elektriske strømmen gjennom GST mens de belyste den med lyspulser fra en 638-nm-bølgelengdelaser.

Når den belyses med dette lyset, skifter fasen til det aktive materialet reversibelt fra en svært resistiv (amorf) tilstand til en ledende (krystallinsk) tilstand. Forskerne kan derfor bruke polarisasjonen av det innkommende lyset til å justere absorpsjonen av lys av det aktive laget.

"Det interessante poenget er at hver nanotråd viser en selektiv svitsjerespons på en spesifikk polarisasjonsretning for optiske pulser," sier Lee. "Ved å bruke dette konseptet har vi implementert den fotoniske databehandlingsprosessoren med flere nanotråder slik at flere polarisasjoner av lys uavhengig kan samhandle med forskjellige nanotråder og utføre parallell databehandling."

Forskerne beskriver studien, som er publisert i Vitenskap Fremskritt, som tidlig arbeid mot en storskala fotonisk databehandlingsenhet. "Vi vil gjerne skalere opp slik funksjonalitet ved å endre enhetskonfigurasjonen eller ved å bruke integrerte fotoniske kretser," avslører Lee. "Vi ønsker også å undersøke andre nanostrukturer som kan utnytte egenskapene til polarisering."