Optinen muisti ja transistori optiselle laskennalle

Berkeley Labin, Columbian yliopiston ja Universidad Autónoma de Madridin johtama tutkimusryhmä on kehittänyt uuden optisen laskentamateriaalin fotonivyöryn nanohiukkasista.

Läpimurto tasoittaa tietä optisen muistin ja transistorien valmistamiselle nanometrin kokoisessa mittakaavassa, joka on verrattavissa nykyiseen mikroelektroniikkaan. Tämä lähestymistapa tarjoaa tien toteuttaa pienempiä, nopeampia komponentteja seuraavan sukupolven tietokoneita varten hyödyntämällä optista ilmiötä, jota kutsutaan "luonnolliseksi optiseksi bistabiiliudeksi".

"Tämä on ensimmäinen käytännön osoitus nanomittakaavan materiaalien sisäisestä optisesta bistabiilisuudesta", sanoi Emory Chan, Berkeley Labin Molecular Foundryn henkilökunnan tutkija ja tutkimuksen toinen johtaja. "Se tosiasia, että pystymme valmistamaan näitä materiaaleja toistettavasti ja ymmärtämään niiden epäintuitiiviset ominaisuudet, on ratkaisevan tärkeää optisten tietokoneiden tekemisessä suuressa mittakaavassa todellisuutta."

Tutkijat ovat vuosikymmenten ajan etsineet tapoja tehdä tietokonetta, joka käyttää valoa sähkön sijaan. Materiaalit, joilla on sisäinen optinen bistabiliteetti (IOB) – ominaisuus, jonka avulla materiaali voi vaihtaa valon intensiteettiä kahden eri tilan välillä ja voisivat näin toimia optisten tietokoneiden komponentteina.

Mutta aiemmissa tutkimuksissa optista bistabiilisuutta oli havaittu lähes yksinomaan bulkkimateriaaleissa, jotka olivat liian suuria mikrosirulle ja haastavia massatuotantoon.

Mutta nyt Chan ja ryhmän äskettäinen tutkimus viittaa siihen, että uudet fotonivyöryn nanohiukkaset voisivat voittaa nämä haasteet IOB:n toteuttamisessa nanomittakaavassa.

Uusimmassa työssään ryhmä löysi suurimmat epälineaarisuudet, joita kukaan on koskaan havainnut materiaalissa.

Ilmeni, että näillä nanohiukkasilla ei ole vain fotonivyöryominaisuuksia, kun ne viritetään tietyn lasertehon kynnyksen yläpuolella, vaan ne myös jatkavat kirkkaasti emittoimista, vaikka lasertehoa vähennetään tämän kynnyksen alapuolelle, ja ne sammuvat kokonaan vain erittäin pienillä lasertehoilla.

Suuri ero näiden "on" ja "off" kynnystehojen välillä tarkoittaa, että on olemassa keskitason lasertehoja, joilla nanohiukkaset voivat olla joko kirkkaita tai tummia, riippuen vain niiden historiasta, Chan selitti. Tämä kyky vaihtaa optisia ominaisuuksia materiaalia muuttamatta viittaa siihen, että nanohiukkaset voivat toimia nanomittakaavan optisena muistina, erityisesti haihtuvana satunnaismuistina (RAM).

Tulevissa tutkimuksissa tutkijat toivovat voivansa tutkia uusia sovelluksia optisesti bistabiileille nanomateriaaleille ja löytää uusia formulaatioita nanohiukkasille, joilla on parempi ympäristöstabiilisuus ja optinen bistabiilisuus.

Aiheesta aiemmin:

Bistabiilit nanokiteet lupailevat tehokkaampaa optista laskentaa

Fotonista twistausta ja vyörytystä