Разработан всеоптический нанопроводной переключатель

Компьютеры с каждым годом могут становиться все быстрей, однако эти усовершенствования можно затмить, если нули и единички в бинарном коде представить вспышками света вместо электричества.

Ученые из Пенсильванского университета совершили важный прорыв, создав первый всеоптический фотонный выключатель из сульфидно-кадмиевых нанопроводов. Кроме того, они объединили эти фотонные выключатели в логические ворота, фундаментальный компонент компьютерных микросхем, которые обрабатывают информацию.

Исследование проводилось доцентом Ритешем Агарвалом и аспирантом Брайеном Пичионе.

Результаты опубликованы в издании Nature Nanotechnology.

Инновация исследовательской группы основана на предыдущем исследовании, которое показало, что сульфидно-кадмиевые нанопровода демонстрируют чрезвычайно сильное сцепление света и материи, делая их особенно эффективными в манипулировании светом. Это качество крайне важно для развития наноразмерных фотонных схем, поскольку существующие механизмы для контроля потока света являются более массивными и требуют большего количества энергии, чем их электронные аналоги.

«Самая большая проблема для фотонных структур в наномасштабе — это получение света внутрь, управлением им, как только он оказывается внутри, и выпуск света наружу», сказал Агарвал. „Наше основное новшество заключалось в том, как мы решили первую проблему, после чего смогли использовать нанопровода непосредственно для источника света на чипе“.

Исследователи сначала точно сократили промежуток в нанопроводе. Затем они накачали достаточно энергии в первый сегмент нанопровода, так что он начал излучать лазерный свет из конца и через промежуток. Поскольку ученые начали работу с одним нанопроводом, два конца сегмента отлично совпадали, позволяя второму сегменту эффективно поглотить и передать свет по всей длине.

„Как только свет появился во втором сегменте, мы просветили структуру другим светом и выключили тот, что передавался через провод“, сообщил Агарвал. „Именно это сделало его выключателем“.

Ученые сумели измерить интенсивность света, выходящего из конца второго нанопровода, и показать, что выключатель способен эффективно представлять двоичные состояния, используемые в логических цепях.

„Соединение выключателей позволяет сделать логические ворота, а сборка логических ворот позволит делать вычисления“, сказал Пичионе. „Мы использовали эти оптические выключатели, чтобы создать NAND-ворота, которые являются фундаментальным стандартным блоком современной компьютерной обработки“.

NAND-ворота, которые обозначают „НЕ И“, возвращают 0 на выходе, когда все входы обозначают 1. Они созданы учеными в процессе объединения двух нанопроводных переключателей в форме буквы Y. NAND-ворота важны для компьютеров, поскольку являются полнофункциональными, что означает, что когда они выставлены в правильной последовательности, то способны совершить любой вид логической операции и, таким образом, сформировать основание для компьютерных процессоров общего назначения.

„Мы видим будущее, в котором потребительская электроника становится потребительской фотоникой“, сказал Агарвал. „И наше исследование показало, что такой сценарий возможен“.

11.09.2012