Vanderbilt-forskare har utvecklat nästa generations ultrasnabba dataöverföring som kan göra det möjligt att göra redan högpresterande datorer "on demand". Tekniken lossnar flaskhalsar i dataströmmar med en hybridvågledare av kisel-vanadiumdioxid som kan tända och stänga av ljus på mindre än en biljonedel av en sekund.

Artikeln, "Sub -Picosecond Response Time of a Hybrid VO2:Silicon Waveguide vid 1550 nm" publicerades i tidskriften Avancerade optiska material den 4 december.

Medarbetarna Sharon Weiss, Cornelius Vanderbilt ordförande och professor i elektroteknik, fysik, och materialvetenskap och teknik, och Richard Haglund, Stevenson professor i fysik, är de första som visar att det kan vara möjligt att uppnå datahastigheter som överstiger en terabit per sekund på en enda kanal. De skapade ett hybridkiselchip genom att inkludera en liten mängd vanadiumdioxid - ett ultrahastigt växlande fasförändringsmaterial - för att utöka kapaciteten hos kiselfotonik.

Ljuspulser injicerades i en kiselvågledare stängdes selektivt av när en annan ljuspuls träffade vanadiumdioxid. Den anmärkningsvärda hastigheten med vilken ljuspulserna stängdes av och sedan kom igen är en följd av materialegenskaperna för vanadiumdioxid och den tidslängd under vilken de två laserpulserna interagerar i vanadiumdioxid. Kiselvågledarna tillverkades vid Center for Nanophase Materials Sciences vid Oak Ridge National Laboratory som en del av deras Department of Energy sponsrade användarprogram. Införlivandet av vanadiumdioxid utfördes vid Vanderbilt Institute of Nanoscale Science and Engineering.

"Vårt långsiktiga samarbete-utlöst av en konversation mellan två doktorander i VINSE cleanroom-har resulterat i demonstration av ultrasnabb optisk omkoppling med hjälp av en kiselvågledare, "sa Weiss, även chef för VINSE. "Det betyder att vi kan tända och släcka ljuset mycket snabbt när det reser på en informationsväg som är mindre än hårets tjocklek som är gjord av samma material inuti datorer och mobiltelefoner."

Kiselfotonik använder ljuspulser istället för elektriska strömpulser för att överföra stora mängder data som informationsbitar (0s och 1s). Data kan kodas till ljuspulser, som färdas över en optisk fiber. När ljuspulsen når sin destination, fotodetektorer omvandlar ljuset tillbaka till en elektronisk datasignal. Detta tillvägagångssätt har väsentligt uppgraderat datorns bearbetningshastighet och datorkraft sedan forskningen inom kiselfotonik började i slutet av 1980 -talet. Nu när nästan alla delar av det dagliga livet har en online eller digital komponent, förbättring av optisk datorteknik är av stort intresse för kommersiella och industriella teknikföretag.

"Vi kan tända och släcka ljuset snabbare än någon annan som använder denna informationsväg, vilket innebär att framtida datorer kan köra mycket snabbare, och även med mindre ström än nuvarande datorer, genom att använda ljus, Sa Haglund.

Weiss och Haglund säger att nästa steg mot praktiskt genomförande av denna spelomfattande innovation kommer att vara att optimera storleken, vanadiumdioxidkomponentens form och volym och för att undersöka alternativa konfigurationer av hybridvågledaren.