Kredit:CC0 Public Domain
Forskare vid University of Central Florida utvecklar nya fotoniska material som en dag kan hjälpa till att möjliggöra lågeffekts, ultrasnabb, ljusbaserad datoranvändning.
De unika materialen, kända som topologiska isolatorer, är som ledningar som har vänts ut och in, där strömmen går längs utsidan och insidan är isolerad.
Topologiska isolatorer är viktiga eftersom de skulle kunna användas i kretsdesigner som gör att mer processorkraft kan trängas in i ett litet utrymme utan att generera värme, och på så sätt undviker överhettningsproblemet som dagens mindre och mindre kretsar står inför.
I deras senaste arbete, publicerat i tidskriften Nature Materials , visade forskarna ett nytt tillvägagångssätt för att skapa materialen som använder en ny, kedjad, bikakeformad gallerdesign.
Forskarna laseretsade den kedjade, bikakeformade designen på ett prov av kiseldioxid, det material som vanligtvis används för att göra fotoniska kretsar.
Noder i designen gör det möjligt för forskarna att modulera strömmen utan att böja eller sträcka de fotoniska trådarna, en väsentlig egenskap som behövs för att kontrollera ljusflödet och därmed information i en krets.
Det nya fotoniska materialet övervinner nackdelarna med samtida topologiska konstruktioner som erbjöd mindre funktioner och kontroll, samtidigt som det stöder mycket längre utbredningslängder för informationspaket genom att minimera effektförluster.
Forskarna föreställer sig att den nya designmetoden som introduceras av de bimorfa topologiska isolatorerna kommer att leda till en avvikelse från traditionella moduleringstekniker, och föra tekniken för ljusbaserad datoranvändning ett steg närmare verkligheten.
Topologiska isolatorer skulle också en dag kunna leda till kvantberäkning eftersom deras funktioner skulle kunna användas för att skydda och utnyttja ömtåliga kvantinformationsbitar, och därmed tillåta processorkraft hundratals miljoner gånger snabbare än dagens konventionella datorer.
Forskarna bekräftade sina fynd med hjälp av avancerad bildteknik och numeriska simuleringar.
"Bimorfa topologiska isolatorer introducerar ett nytt paradigmskifte i designen av fotoniska kretsar genom att möjliggöra säker transport av ljuspaket med minimala förluster", säger Georgios Pyrialakos, postdoktor vid UCF:s College of Optics and Photonics och studiens huvudförfattare.
Nästa steg för forskningen inkluderar inkorporering av icke-linjära material i gittret som kan möjliggöra aktiv kontroll av topologiska regioner, och därmed skapa anpassade vägar för ljuspaket, säger Demetrios Christodoulides, professor vid UCF:s College of Optics and Photonics och studiemedförfattare . + Utforska vidare
