Den första någonsin integrerade nanoskalaenheten som kan programmeras med antingen fotoner eller elektroner har utvecklats av forskare i Harish Bhaskarans forskningsgrupp Advanced Nanoscale Engineering vid University of Oxford.

I samarbete med forskare vid universiteten i Münster och Exeter, forskare har skapat en första i sitt slag elektro-optisk enhet som överbryggar områdena optisk och elektronisk beräkning. Detta ger en elegant lösning för att uppnå snabbare och mer energieffektiva minnen och processorer.

Beräkning med ljusets hastighet har varit en lockande men svårfångad framtid, men med den här utvecklingen är den nu påtaglig närhet. Genom att använda ljus för att koda såväl som för överföring av information kan dessa processer ske vid den slutliga hastighetsgränsen - ljusets. Medan den nyligen att använda ljus för vissa processer har visats experimentellt, en kompakt enhet för gränssnitt med traditionella dators elektroniska arkitektur har saknats. Inkompatibiliteten mellan elektrisk och ljusbaserad beräkning härstammar i grunden från de olika interaktionsvolymer som elektroner och fotoner fungerar i. Elektriska chips måste vara små för att fungera effektivt, medan optiska chips måste vara stora, eftersom ljusets våglängd är större än elektronernas.

För att övervinna detta utmanande problem kom forskarna med en lösning för att begränsa ljus till nanoskopiska dimensioner, som beskrivs i deras papper Plasmonic nanogap förbättrade fasändringsenheter med dubbla elektriska optiska funktioner publicerade i Vetenskapliga framsteg , 29 november 2019. De skapade en design som gjorde det möjligt för dem att komprimera ljus till en nanostorlek genom en så kallad ytplasmon polariton. Den dramatiska storleksminskningen i samband med den betydligt ökade energitätheten är det som har gjort det möjligt för dem att överbrygga fotons och elektroners skenbara inkompatibilitet för datalagring och beräkning. Mer specifikt, det visades att genom att skicka antingen elektriska eller optiska signaler, tillståndet för ett foto- och elektrokänsligt material transformerades mellan två olika tillstånd av molekylär ordning. Ytterligare, tillståndet för detta fasomvandlande material avlästes av antingen ljus eller elektronik och gjorde därmed enheten till den första elektro-optiska nanoskala minnescellen med icke-flyktiga egenskaper.

"Detta är en mycket lovande väg framåt inom beräkning och särskilt inom områden där hög bearbetningseffektivitet behövs, "säger Nikolaos Farmakidis, doktorand och medförfattare.

Medförfattare Nathan Youngblood fortsätter:"Detta inkluderar naturligtvis applikationer för artificiell intelligens där vid många tillfällen kraven på högpresterande, lågeffektberäkning överstiger långt våra nuvarande möjligheter. Man tror att gränssnitt mellan ljusbaserad fotonisk dator och dess elektriska motsvarighet är nyckeln till nästa kapitel i CMOS-teknik. "