Fotoniska chip närmare verkligheten

På High-Precision Nanotechnology Laboratory i Sydkorea har forskare uppnått det som hittills bara existerat i teorin: de har framgångsrikt skapat en fungerande grafenkrets som överför ljus direkt genom sig själv utan att omvandla det till elektricitet. Detta är ett radikalt språng inom optisk databehandling, eftersom en monolagerstruktur av grafen för första gången riktar ljus inåt för att utföra logiska operationer med endast fotoner. Detta skulle permanent kunna förändra hur man bygger chip.

Ledtråden ligger i grafens extraordinära elektroniska struktur, som gör att den kan interagera med ljus på ett sätt som få andra material kan. När små spänningspulser levereras kan grafens brytningsindex förändras – i huvudsak fungera som en nanogrind som antingen kan blockera eller släppa igenom ljus. Denna optiska grindningsegenskap förvandlar grafen från en passiv ledare till ett aktivt material för att kontrollera ljus, vilket gör den idealisk för helfotoniska kretsar.

För att uppnå detta omvandlade forskarna grafen till en nanometerbred vågledare och skapade en optisk omkopplare som enbart fungerar genom att manipulera ljus. Systemet kräver ingen elektronrörelse, vilket innebär ingen elektrisk uppvärmning, inget strömläckage och inga kiselsubstrat. Detta möjliggör snabbare drift, mindre enhetsstorlekar och avsevärt minskad strömförbrukning jämfört med även de bästa elektroniska transistorerna som finns tillgängliga idag.

Den uppnådda omkopplingshastigheten låg i femtosekundintervallet – så snabb att den översteg transistorernas strömöverföringsgränser med flera storleksordningar. Grafens atomtjocklek innebär också att sådana kretsar kan göras ultrakompakta och till och med transparenta, vilket öppnar upp möjligheter för tillämpningar i augmented reality-glasögon, optiska föreningar och till och med bärbara fotoniska system.

Det är viktigt att notera att grafen deponeras på transparenta och flexibla substrat som inte bara möjliggör deponering av flera lager, utan också öppnar vägen för skapandet av böjda eller vikbara fotoniska enheter. Hela system kan byggas med lager av grafenkretsar, vilket möjliggör lätta och flexibla optiska datorer som nästan helt kommer att drivas med ljus, inte elektricitet.

Detta är inte bara en förbättring av befintlig chipteknik, det är ett grundläggande nytänkande om vad datorhårdvara kan vara. Eran av fotonisk logik baserad enbart på ljuset i sig kan äntligen vara här.

#Planet