Veijo Hänninen

Elektronin ja fotonin rajalla

Tehokkaat valosignaalit olisivat haluttuja myös mikropiirien sisäisien liikennevirtojen kuljettajiksi. Ongelmana on, että valon aallonpituus tai sen vähintään tarvittava puolikaskin on liian suuri verrattuna nykyisen tietotekniikan elektronisiin rakenteisiin.

Nature Photonics -tiedelehdessä Max-Planck-Instituutin Ferenc Krausz ja Atlantan Georgia State Universityn Mark Stockman esittelivät keväällä uusimpien kokeellisien ja teoreettisien löytöjen tuottamista näkymistä tulevaisuuden signaalinkäsittelylle.

Katsauksen mukaan uusimmat tutkimukset viittaavat siihen, että valon värähtelevä sähkökenttä voi kytkeä sähkövirtaa ja moduloida valon kulkua kiinteän aineen laitteissa.

Tällainen vuorovaikutus optisten kenttien ja elektronien välillä antaa teknisen perustan attosekuntien fysiikalle joka on muun muassa mahdollistanut ensimmäistä kertaa tarkkailla atomien elektronien liikkeitä reaaliajassa.

Tämä on tietenkin fysiikan perustutkimusta mutta se on jo alkanut rikkoa perinteisen elektroniikan ja fotoniikan välisiä rajoja, mikä avaa tietä paljon tehokkaammalle valoperustaiselle elektroniikalle.

Eksitoneja metallissa

University of Pittsburghin tutkijat ovat juuri äskettäin havainneet ensimmäisenä perustavanlaatuinen valon ja aineen vuorovaikutushiukkasen eli eksitonin metallissa.

Entuudestaan se tunnetaan kasvien fotosynteesissä sekä puolijohteissa esimerkiksi optisessa viestinnässä. Löytö selittää nyt myös peilien kvanttimekaanisen taian.

Eksitoneissa valon fotonit tulevat lyhytaikaisesti lomittuneiksi elektronien kanssa. Kuitenkin metallien optiset ja elektroniset ominaisuudet tuottavat eksitonien kestoksi enintään haasteelliset 100 attosekuntia.

Nyt tutkijat selvittivät uusilla menetelmillä miten valo ja aine vuorovaikuttavat hopeakiteen pinnalla. Havaittiin, että pinnan elektronit voivat säilyttää eksitonisen tilan yli 100 kertaa pidempään kuin bulkkimetallissa.

Kyky havaita eksitoneja metalleissa valottaa sitä miten valo muunnetaan sähköiseksi ja kemialliseksi energiaksi kasveissa ja aurinkokennoissa. Tulevaisuudessa se voisi mahdollistaa myös metallien toimia aktiivisina elementteinä optisessa viestinnässä.

Valon ja elektronin yhdistäen

Vähemmän teoreettisella tasolla UC Santa Barbara tutkijat ovat luoneet yhdistepuolijohteen, jonka nanorakenteet voivat manipuloida valoenergiaa keski-infrapunan alueella.

Tekniikan perustana on erbium-maametalli, jolla on kyky absorboida sekä näkyvän valon että infrapunan aallonpituuksia. Tutkijat yhdistivät sen antimonin kanssa ja upottivat saadun puolimetalliyhdisteen (ErSb) puolijohtavan galliumantimonidi (GaSb) matriisin sisälle.

Nämä kaksi rakenteellisesti yhteensopivaa yhdistettä eivät häiritse puolijohtavan matriisin atomistista kiderakennetta. Tällaisten nanorakenteiden avulla puolijohdeyhdisteet voivat absorboida laajemmin valoa, koska niissä hyödynnetään pintaplasmoniresonanssia.

Kun infrapunavalo osuu tämän puolijohteen pintaan, nanorakenteiden elektronit alkavat resonoimaan samalla taajuudella kuin infrapunavalo eli säilyttäen optista informaatiota, mutta kutistaen sen mittoihin, jotka ovat yhteensopivia elektronisten piirien kanssa.

Valo haluttuun suuntaan

Tehokkaiden optisten mikropiirien toteuttamiseksi tutkijoiden on ensialkuun kehitettävä rakenteita, jotka pystyvät hallitsemaan valon kulkua nanometrien mittakaavassa.

Esimerkiksi Harvard School of Engineering and Applied Sciencesin (SEAS) soveltavat fyysikot ovat osoittaneet, että valonsäteen intensiteettiä, vaihetta ja polarisaatiota voidaan muuttaa käyttäen hologrammimaisesti suunniteltuja nanomittakaavan rakenteita.

Vuonna 2012 ranskalais-yhdysvaltalainen tutkijaryhmä esitteli valonsäteen, joka etenee sivusuuntiin leviämättä.

Luotu valonsäde kulkee kullan ja ilman rajapinnassa. Näin syntynyt hyvin paikallinen pintaplasmoniaalto etenee tiukasti metallipinnan nanorakenteeseen kahlittuna. Kokeissa se eteni noin 80 mikronia suoraviivaisesti ilman diffraktiota.

Valon ohjailua

Viime vuoden puolella Tokion yliopistossa löydettiin uudenlainen magneto-optinen kytkin.

Professori Shin-ichi Ohkoshin tutkimusryhmän löytämässä ilmiössä, ulos tulevan valon polarisaatiotaso on vaihdettavissa vaaka- ja pystysuunnassa, lisäämällä kiraalisuutta valoreagoivassa magneetissa.

Erilaisilla valopulsseilla saadaan aikaan 90 asteen kytkentä ulostulevan valon polarisaatiotasossa.

Materiaaleja, joiden magneettisuutta voi suoraan muuttaa valon avulla ovat hyvin haluttuja, koska ominaisuuksia voisi ohjata ilman ulkoista magneettikenttää, lämpöä tai fyysistä kontaktia.

Sähköisesti ohjattavat kierteisesti polarisoituneet valonlähteet ovat pitkään etsittyjä aiheita 3D-näyttöjä varten mutta myös datan kantajiksi kvanttilaskentaan.

Keväällä 2014 professori Yoshihiro Iwasa Tokion yliopistosta esitteli sähköisesti kiertosuunnan vaihtavan valonlähteen. Se rakentui volframi-diselenidistä (WSe2) ja FET-piirirakenteesta. Sähköisellä vaihtokytkennällä saatiin aikaan oikea- ja vasenkätisesti kierrepolarisoitunut valoemissio.

Optista reititystä mikropiireissä

Harvardin johtama tutkijaryhmä on luonut nanolaitteen, joka voi tunnistaa tietyllä tavalla polarisoidun valon ja ohjata tunnistamisen avulla informaatiota sisältävän signaalin haluttuun suuntaan.

Ratkaisu tarjoaa tavan manipuloida valoa tarkasti alle aallonpituuksien mittakaavassa. Tämä avaa oven sirujen sisäisille optisille kytkennöille, jotka voivat tehokkaasti kanavoida tietoa optisista elektronisiin piireihin.

Nanolaite muuntaa tulevan valon pintaplasmonien polaritoneiksi, joka on metallissa olevien elektronien pinta-aaltoilua. Jo aiemmin on ollut mahdollista hallita näiden aaltojen suuntaa tulevan valon kulmaa muuttamalla mutta signaalin reititys tällä tavoin olisi epäkäytännöllistä.

Uuteen ratkaisuun valon tarvitsee tulla vain kohtisuorasti ja laite hoitaa loput. Se lukee tulevan valoaallon polarisaation, joka saattaa olla lineaarinen tai vasemmalle tai oikealla kiertyvä ja reitittää signaalin sitten sen mukaisesti.

Tasomaista optiikkaa grafeenilla

Espanjalaisen CIC nanoGUNE:n, ICFO-instituutin ja Graphenea-yhtiön tutkijat ovat yhteisvoimin kehittäneet optisiin antenneihin perustuvan tekniikan joka ohjailee valoa grafeenissa.

Aivan äskettäin julkaistut kokeet osoittavat, että tehokkaasti tiivistettyä valoa voidaan grafeenissa keskittää ja taivuttaa tavanomaisten optiikan periaatteiden mukaisesti.

Grafeenikerroksessa valon aallonpituutta voidaan kutistaa 10 - 100 kertaisesti verrattuna vapaassa tilassa etenevään valoon. Grafeenissa etenevää valoa kutsutaan grafeenin plasmoniksi.

Työn myötä tutkijat ovat luoneet tekniikka-alustan, joka perustuu optisen antennin resonanssiin etenevien grafeenin plasmonien käynnistämiseksi ja hallitsemiseksi.

Antennia kaareuttamalla grafeenin plasmonit keskittyivät antennista poispäin, aivan kuin valosäteet linssillä tai koveralla peilillä. Prisman muotoisessa kaksikerroksisessa grafeenissa kulkiessaan grafeenin plasmonit puolestaan taittuvat mutkalle aivan kuten valonsäteen kulkiessa lasiprisman läpi.

Tulevaisuudessa tällaiset johtavuusmuutokset grafeenissa voitaisiin synnyttää myös yksinkertaisella sähköisellä tavalla, mikä mahdollistaa erittäin tehokkaan sähköisen hallinnan taittumiselle toteavat tutkijat Basque Researchin nettisivuilla.

Plasmoniikkaa ja vanadiinidioksidia

Vuonna 2014 tiedemiesryhmä Vanderbiltin ja Alabama-Birminghamin yliopistoista sekä Los Alamos National Laboratorystä kehittivät erittäin nopean ja pienen optisen kytkinrakenteen. Se voidaan kytkeä päälle ja pois terahertsien nopeuksilla.

Kytkimet on valmistettu metamateriaalista, joka koostuu vanadiinidioksidin (VO2) nanohiukkasista, jotka on päällystetty kullan nanohiukkasilla. Vanadiinidioksidi on kiteinen kiinteä aine, joka voi nopeasti siirtyä edestakaisin läpinäkymättömän metallitilan ja läpinäkyvän puolijohtavan tilan välillä.

Rakenteessa kultahiukkasten verkosto toimii plasmonisena valokatodina, joka indusoi nopeita faasimuunnoksia vanadiinidioksidissa kun sitä valaistaan femtosekuntien laserpulssilla.

Vanadiinioksidiset kytkimet olisivat yhteensopivia nykyiseen mikropiiriteknologiaan. Lisäksi niiden generoima lämpömäärä per toiminto on niin pieni, että kytkimiä voidaan pakata tiiviisti käytännön piireihin.

Fotoniikkaa CMOS-piireille

Mikropiirien sisäisen tiedonsiirron yhtenä ongelmana on, että ratkaisut ovat edellyttävät kalliita erikoistekniikoita.

Karlsruhe Institute of Technologyn tutkijat ovat kehittäneet 29 mikrometriä pitkän fotonisen rakenteen, joka voidaan valmistaa vakiintuneilla CMOS-tekniikoilla.

Uudenlainen sähköoptinen muunnin koostuu kahdesta kultaelektrodista, joita erottaa toisistaan noin kymmenesosa mikrometrin levyinen ​​rako. Rako on täytetty polymeerillä, jonka taitekerroin muuttuu jännitteen avulla.

Tuleva jatkuva infrapunavalo virittää rakoon pintaplasmoneja. Digitaalisella datalla ohjatun jännitteen vaikutuksesta polymeerien pintapalsmonien vaihe moduloituu. Lopuksi moduloidut pintaplasmonit siirtyvät aaltoputkeen moduloidun valonsäteen muodossa. Laitteen modulointinopeus on 40 gigabittiä sekunnissa.

Myös amerikkalaiset panostavat aiheeseen. Colorado Boulderin, MITn ja California Berkeleyn yliopistojen tutkijat ovat kehittäneet CMOS-prosessiin integroitua piifotoniikkaa.

Heidän kehittämät fotoninen modulaattori ja viritettävä suodin on toteutettu IBM:n uusimmalla CMOS-prosessilla.

Pii ja SiGe valon kumppaneina

Optisen tietotekniikan ongelmana on myös, että pii ei säteile valoa ja ne puolijohteet, jotka säteilevät eivät ole parhaita materiaaleja elektronisille laitteille.

Pennsylvanissa tehty tutkimus osoittaa, että myös peruspii saadaan plamonisien keinojen avulla säteilemään laajakirjoista, näkyvää valoa.

Myös nykyelektroniikan venytettyä pii-germanium -tekniikkaa voitaneen hyödyntää tulevaisuuden optroniikassa.

Tokion yliopistossa toiminut tutkijaryhmä yhteistyössä Sumitomo Chemical –yhtiön kanssa on osoittanut, että venytetyssä SiGe-kiteessä, elektronit ja elektroniaukot, aiheuttavat lisääntynyttä muutosta taitekertoimessa ja absorptionopeudessa.

Löytönsä seurauksena he ovat kehittäneet vähän tehoa käyttävän optisen modulaattorin, joka kykenee muuntamaan sähköiset signaalit optisiksi signaaleiksi lähi-infrapunan aallonpituuksilla.

Optisia prosessoreita

Rice yliopiston tutkijat ovat esitelleet menetelmän järjestää metallinanohiukkasten geometrisia kuvioita tavalla, jotka voivat toimia optisina prosessoreina, jotka muuttavat tulevan valon signaalit erivärisiksi ulostuloiksi.

Kehitetty kuviointimenetelmä voi tuottaa räätälöityjä materiaaleja suorittamaan neljän aallon sekoitusta, jossa on laaja valikoima värillisiä tuloja ja lähtöjä.

Yleensä valonsäde ei vuorovaikuta toisen kanssa mutta epälineaarisessa mediassa sähkömagneettiset ominaisuudet ovat sellaiset, että valo yhdestä säteestä vuorovaikuttaa toisen kanssa.

Järjestelmä hyödyntää erityistä plasmonista vaikutusta, jota kutsutaan Fano resonanssiksi.

Valon ja sähkön yhdistävää logiikkaa 

Jo vuonna 2012 Pennsylvanian yliopiston tutkijat rakensivat täysoptisen fotonikytkimen kadmiumsulfidisista nanolangoista ja yhdistelivät niistä jopa toimivan NAND-logiikkaportin.

Vuonna 2014 Northeastern Universityn fysiikan apulaisprofessori Swastik Kar ja hänen kollegansa Yung Joon Jung kertoivat luoneensa laitteita, joissa yhdistyy sekä optiset että sähköiset signaalit suorittamassa tietotekniikan peruslogiikkaa.

Jo aiemmin tämä kaksikko yhdisti osaamisensa grafeenista ja hiilinanoputkien mekaniikasta saaden esiin fysikaalisen ilmiön, joka voisi käynnistää uuden aallon erittäin tehokasta elektroniikkaa.

He havaitsivat, että valon aiheuttama sähkövirta nousee selvästi jyrkemmin hiilinanoputkien ja piin diodiliitoksessa kuin piin ja metallin liitoksessa. Jyrkkä muutos mahdollistaa piirirakenteet, jotka voidaan kytkeä päälle ja pois valon avulla.

Aihetta demonstroidakseen tutkijat valmistivat kaksisuuntaisia valotransistoreita sekä kelloliipaistavia logiikkaelementtejä kuten optisen ja sähköisen tulon yhdistävän AND-portin. Lisäksi valmistettiin 2-bittinen optosähköinen ADDER/OR-portti sekä nelibittinen optoelektroninen AD-muunnin.

Ilman virtaa toimivaa logiikkaa

Tampereen teknillisen yliopiston PhotonicsQCA-tutkimushankkeessa kehitetään virtaa käyttämätöntä ja valolla ohjattavaa logiikkapiiriä.

Hankkeessa etsitään keinoja valmistaa QCA-logiikkapiirejä liittämällä kvanttipisteisiin valoherkkiä orgaanisia molekyylejä. Tällainen piiri olisi pienempi, nopeampi ja energiatehokkaampi kuin mikään nykyinen tai kehitteillä oleva logiikkapiiri.

Quantum Cellular Automata (QCA) -tekniikan idea on peräisin 1990-luvulta ja ajatuksena on että sillä voitaisiin toteuttaa tietokone nanokoossa. Eri tutkimuslaitoksissa QCA:lla on jo suunniteltu monenlaisia logiikkatoimintoja, erilaisia muisteja ja esimerkiksi BCD-summaaja.

TTY:n tutkijoiden tavoite on tuottaa QCA-tekniikkaan valo-ohjaus, jolla voidaan kirjoittaa, kellottaa ja lukea kvanttipistepiirejä optisesti ilman hankalia elektronisia rajapintoja.

QCA-kytkin toimii kvanttipistesolun sisäistä varausjakaumaa muuttamalla. Kun kvanttipisteeseen liitettyyn valoherkkään molekyyliin suunnataan valoa, absorboi se valosta fotonin, virittyy ja siirtää varauksen kvanttipisteeseen.

Sähköisen hylkimisvoiman ja kvanttimekaanisen tunneloitumisen johdosta elektroni siirtyy viereiseen kvanttipisteeseen ja muuttaa sen tilan. Samalla myös solun kahden muun pisteen tila muuttuu. Sama vuorovaikutus vaikuttaa myös ketjutettujen solujen välillä.

Virrattomaksi QCA- logiikkapiirin tekee se, että ainoa liike solussa on elektronin siirtyminen kahden kvanttipisteen välillä. Koska liike ei etene ketjussa eteenpäin, ei sähkövirtaa synny.

- Sikäli kun tiedämme, tätä ei ole koskaan ennen yritetty. Jos saavutamme nämä tavoitteet, kyseessä on huikea tieteellinen läpimurto toteaa tutkimusta koordinoiva professori Donald Lupo TTY:n elektroniikan laitokselta yliopistonsa tiedotteessa.

Kuitutekniikan näkymät

Optisessa kuidussa data siirtyy vauhdilla mutta erilaiset sähköiset välivaiheet luovat pullonkauloja televerkoihin. Ongelman voisi kiertää optisilla transistoreilla ja niiden kehittäminen on kiehtonut tutkijoita ja insinöörejä jo pitkään.

McGill Universityn tutkijat ovat osoittaneet tavan hallita valoa puolijohteiden nanokiteissä, jotka tunnetaan kvanttipisteinä.

Tuloksista väitöskirjansa tehnyt Jonathan Saari, professori Patanjalin Kambhampati ja heidän kollegat osoittavat, että täysoptinen modulaatio ja Boolen perustoiminnot voidaan saavuttaa käyttämällä laserpulsseja manipuloimaan puolijohteisen nanokiteen kvanttimekaanista tilaa.

Penn State -yliopistossa toiminut tukijaryhmä kehitti vuonna 2012 kiteisen materiaalin, jonka avulla optiseen kuituun voidaan integroida elektronisia toimintoja. Käytännössä tutkija saostivat puolijohkerroksia ja p-n-liitoksia optisessa kuidussa oleviin pieniin reikiin. Nopea elektroninen liitäntä integroitiin valoa ohjaavan kuituytimen viereen.

Wienin teknillisessä yliopistossa on onnistuttu kytkemään valo yhdestä valokuidusta toiseen vain yhden atomin avulla. Tällainen kytkin mahdollistaisi kvantti-ilmiöiden käytön tieto- ja viestintätekniikassa. 

Saavutus todistaa ainakin sen, että tavanomaisia lasikuitukaapeleita voidaan yhdistää toisiinsa pienillä kvanttijärjestelmillä. Lisäksi tutkijoita innostaa mahdollisuuden tutkia kvanttifysiikan ilmiötä, jossa kytkin on sekä pois että päällä samaan aikaan.

- Jossain kohtaa meidän on pakko kohdata rajanylitys kvanttifysiikan ja klassisen fysiikan välillä", toteaa professori Rauschenbeutel yliopistonsa tiedotteessa loppuvuodesta 2013.

Useampi valonsäde kuituun

Jopa valokuitujen arvioidaan olevan riittämättömiä tulevaisuudessa. Nykyisin kuiduissa kulkee yksittäinen valonsäde mutta tiedemiespiireissä on jo pitempään haikailtu kuljettaa niissä useampien valonsäteitä.

University of Wisconsin-Milwaukeen (UWM) tutkijat ovat löytäneet sellaista lupaavan mekanismin. Tutkimukseen osallistui myös valokuituja valmistavan Corning-yhtiön tiedemies.

Tutkijat valjastivat "Anderson lokalisointi -teoriaan perustuvan ratkaisun luomaan valokuituun voimakkaan sirontamekanismin, joka rajaa valonsädettä pitkittäissuunnassa, kun se kulkee pitkin kuitua.

Heidän löytönsä on samalla ensimmäinen käytännön sovellus tästä Nobel-palkinnon voittaneesta ilmiöstä, joka esitettiin jo vuonna 1958.

Kierteinen valo vauhdittaa tietoliikennettä

Southern Californian ja Bostonin yliopistojen tutkijat ovat puolestaan onnistuneet kasvattamaan kuidun läpi kulkevaa datavirtaa siirtämällä valoa sen läpi spiraalisesti eikä suorana linjana.

Optisten pyörteiden on aiemmin ajateltu olevan epävakaita kuidussa mutta uudenlaisella kuidun suunnittelulla sen pitäisi onnistua. Kuidussa on jo demonstroitu OAM (Orbital Angular Momentum) -tavalla terabittien kapasiteettia sekunnissa.

Harvard School of Engineering and Applied Sciencesin (SEAS) fyysikot ovat puolestaan luoneet laitteen, joka mahdollistaa perinteisen optisen valoilmaisimen tunnistaa valonsäteen kiertoa.

Pyörresäteitä tunnistavia ilmaisimia on kehitetty aiemminkin, mutta ne ovat monimutkaisia ja kalliita. Uudessa laiteratkaisussa on yksinkertaisesti vain metallinen kuviointi ja kaupallinen edullinen valoilmaisin.

Kun valonsäteen oikea määrä kiertoja per aallonpituus osuu ilmaisimen kultaan etsattuun holografiseen interferenssikuvioon, syntyy pintaplasmoni, jonka valokomponentit hohtavat kullassa olevien reikäsarjojen läpi alla olevaan valoilmaisimeen.

Metamateriaalit ja optinen datansiirto

Metamateriaalit ovat yksi optisen tekniikan keskeisiä tekijöitä. Jo vuonna 2008 ryhmä Boston Collegen ja Duke Universityn tutkijoita kehittivät metamateriaalin, joka kykeni absorboimaan kaiken siihen osuvan valon.

Vuonna 2012 tutkijat MIT:stä, kiinalaisesta Zhejiangin ja Texasin yliopistoista esittelivät kehittämänsä metamateriaalin, joka mahdollistaa fotonien liikkuvan vain yhteen suuntaan.

Samoihin aikoihin Penn State Universityn insinöörit kehittelivät metamateriaalien työkaluja ja muutosoptiikan (Transformation Optics) yhdistelmiä käyttäen malleja mikrokokoisista optisista laitteista, joita voitaisiin käyttää optisissa integroiduissa piireissä.

Mallien joukossa on kollimaattoreita, aaltoputkien liitäntöjä, TO-jakajia, aaltoputkiristeyksiä sekä valoa taivuttavia rakenteita. Nämä laitteet ovat kooltaan viisi - kymmenen mikronia.

Nykyinen lähestymistapa on suunnitella kunkin laite käyttäen erilaisia ​​menetelmiä ja materiaaleja, jotka eivät välttämättä ole yhteensopivia yhdelle alustalle.

Metamateriaalit ohenevat metakalvoiksi

Vuosikymmen sitten kohistiin metamateriaaleista mutta ajatusta on viety kohti tasomaisia metapintoja. Muun muassa Purduen yliopistossa on kehitetty optista teknologiaa, joka hyödyntää metapintoja ja pystyy erittäin tehokkaaseen valon hallintaan.

Kehittäjiensä mukaan teknologian potentiaalisia sovelluksia ovat paremmat aurinkokennot, tietokoneet, televiestintä, anturit ja mikroskoopit. Metapintojen yksi houkuttelevimmista ominaisuuksia onkin, että niitä voidaan integroida olemassa oleviin puolijohdeprosesseihin.

Äskettäin Purduen yliopiston tutkijat esittelivät entistä eksoottisempien hyperbolisien metamateriaalien mahdollisia sovelluksia. Kyseessä ovat ultra-ohuita kiteisiä kalvoja, jotka voisivat tuoda edistynyttä optiikkaa mikroskooppeihin, kvanttitietokoneisiin ja aurinkokennoihin.

Hyperbolinen metamateriaali toimii kuin metalli kun valo kulkee sen läpi yksisuuntaisesti ja kuten eriste valon kulkiessa kohtisuorassa suunnassa.

Resonoiva optinen diodi

Yksittäisten optisten komponenttien osalta Washington University in St. Louisin tutkijat ovat luoneet optisen diodin optisten resonaattoreiden avulla.

Toisiinsa läheisesti liittyvät mikroresonaattorit, jotka ovat tasapanoissa vahvistuksen ja häviön suhteen, muodostavat symmetrisen pariteetti-aika (PT) - järjestelmän.

PT-symmetrian periaatteiden soveltaminen optiikassa johtaa ilmiöihin, joita ei ole ennustettu perinteisessä fysiikassa. Resonaattoreissa pariteetti-heijastuksen muunnoksessa häviöstä tulee vahvistus ja vahvistuksesta tulee häviö.

Washingtonin tutkijoiden kehittämät resonaattorit ovat niin pieniä, että niitä voidaan käyttää tulevaisuuden tietokoneissa ja optisissa järjestelmissä. Nyt diodit on valmistettu piidioksidista mutta ne voidaan valmistaa myös muista materiaaleista, jotka ovat CMOS-yhteensopivia.

Kvartsikiteiden korvaaja

Optisia rakenteita hyödyntäen tavoitellaan myös perinteisten sähköisten piirien tasolla muun muassa kaistanleveyden lavennusta ja toimintatarkkuutta.

Ryhmä California Institute of Technologyn (Caltech) tutkijoita on kehittänyt niin pienen optisen referenssilähteen, että se voidaan sijoittaa mikropiirille.

Laite on suunniteltu kvartsikiteiden korvaajaksi sillä se tarjoaa tarkan valotaajuuden, mikä parantaa sekä optisia että elektronisia laitteita, kun sitä käytetään referenssinä.

 Kesäkuu 2014