开关控制纳米级的光以进行更快的信息处理

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普渡大学的研究人员已经帮助设计了一种紧凑的开关,使光更可靠地局限于小型计算机芯片组件,以更快的信息处理。

众所周知,光子或光单位比电子快,因此可以从更小的芯片结构中更快地处理信息。美国华盛顿大学和弗吉尼亚州立大学的研究人员设计了一个开关,当使用所谓的表面等离子体激元或与自由电子云振荡耦合的光时,不需要吸收光的倾向,以帮助C。微光到纳米级。

“这背后的一个大想法是从电子电路到光子电路,”普渡大学的鲍伯和Anne Burnett(Vladimir Shalaev)说,他是电气和计算机工程的杰出教授。从电子学到光子学,你需要一些结构来限制光线进入很小的区域。等离子体激元似乎是解决办法。”

即使等离子体激元降低了光的大小,光子也会丢失或被吸收,而不是在与电浆子相互作用时转移到计算机芯片的其他部分。

在4月26日发表在《自然》杂志上的一项研究中,研究人员通过开发一种称为环形调制器的开关来解决这个问题,这种开关使用共振来控制光与等离子体的耦合。在谐振时,光通过硅波导传播到芯片的其他部分。当离开或共振时,光与等离子体子耦合并被吸收。

“当你有一个纯粹的等离子体装置,光可能是有损耗的,但在这种情况下,它对我们来说是一个增益,因为它在必要时减少了信号,”Purdue电气与计算机工程学院的研究生助理Soham Saha说。“这个想法是选择什么时候想要损失,什么时候不需要。”

这种损耗在开和关状态之间形成对比,从而更好地控制光的方向,以便处理信息比特。等离子体辅助环调制器也导致更小的“足迹”,因为等离子体激元能够将光限制到纳米级芯片结构,Shalaev说。

普渡大学的研究人员计划使这种调制器与互补金属氧化物半导体晶体管完全兼容,为真正的混合光子和电子纳米电路铺平道路。

“超级计算机已经包含了电子和光学组件来进行大量的计算,非常快,”普度大学的电气和计算机工程教授Alexandra Boltasseva说,他的实验室专门研究等离子体材料。“我们正在做的工作非常适合这个混合模型,所以我们不必等到电脑芯片变为全光学时才使用它。”

等离子体辅助电光调制器的发展不仅需要等离子体激元,而且还需要来自Zeer-G LeththOrd领导小组的集成电路和纳米光子学,包括Christian Haffner和其他组成员——以及光电开关。来自华盛顿大学Larry Dalton小组的材料。哈夫纳和Nathaniel Kinsey,前普度大学学生,现在是弗吉尼亚州立大学电气与计算机工程教授,以及Leththod、Shalaev和Boltasseva,构想了一种用于亚波长光学器件的低损耗等离子体辅助电光调制器的构想。包括小型芯片上的传感和通信技术。

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