手性逻辑门创建超快数据处理器

手性逻辑门创建超快数据处理器

时间戳记：23年2023月12日下午30:XNUMX

产生依赖于两个输入光束的手性的输出信号的非线性光学材料
基于光的逻辑：光学手性逻辑门由非线性光学材料制成，可生成依赖于两个输入光束的手性的输出信号。 （图片提供：Yi Zhang/阿尔托大学）

基于光的光逻辑门的运行速度比电子门快得多，对于满足对更高效和超快数据处理和传输不断增长的需求至关重要。 研究人员开发的一种新型“光学手性”逻辑门 阿尔托大学 比现有技术快约一百万倍。

与电子和分子一样，光子具有所谓的内在自由度，称为手性（或手性）。 由左旋和右旋圆偏振光定义的光学手性在量子技术、手性非线性光学、传感、成像和新兴领域“谷电子学”等基础研究和应用中显示出巨大的前景。

非线性光学材料

新设备的工作原理是使用两个不同波长的圆偏振光束作为逻辑输入信号（0 或 1，根据其特定的光学手性）。 研究人员，由 张毅, 将这些光束照射到晶体半导体材料 MoSXNUMX 的原子级薄板上2 在块状二氧化硅衬底上。 二硫化钼2 是一种非线性光学材料，也就是说，它可以产生与输入光束不同频率的光。

Zhang 及其同事观察到新波长（逻辑输出信号）的产生。 通过调整两个输入光束的手性，四种输入组合——对应于 (0,0)、(0,1)、(1,1) 和 (1,0)——是可能的。 在非线性光学过程中，根据该输出信号的存在或不存在，生成的输出信号分别被视为逻辑 1 或逻辑 0。

手性选择规则

该系统之所以起作用，是因为晶体材料对输入光束的手性敏感并遵守某些手性选择规则（与 MoS2 单层的三重旋转对称）。 这些规则决定是否产生非线性输出信号。

使用这种方法，研究人员能够制造出超快（运行时间小于 100 fs）的全光 XNOR、NOR、AND、XOR、OR 和 NAND 逻辑门，以及半加器。

这还不是全部：该团队还表明，单个设备可以包含多个同时并行运行的手性逻辑门。 Zhang 说，这与通常每个设备执行一个逻辑操作的传统光学和电气逻辑设备截然不同。 这种同时并行的逻辑门可用于构建复杂的多功能逻辑电路和网络。

手性逻辑门也可以在电光接口中以电子方式控制和配置。 “传统上，电子和光学/光子计算之间的联系主要是通过缓慢而低效的光电和电光转换来实现的，”张说 物理世界. “我们展示了手性逻辑门的电气控制，为电气和光学计算之间的首次直接互连开辟了令人兴奋的前景。”

“基于此，我们希望未来能够实现全光计算模式，”张说。

研究人员，他们在 科学进展，现在希望提高手性逻辑门的效率并降低功耗。

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