Forskning om artificiell intelligens (AI) nätverksdatorer har gjort betydande framsteg de senaste åren men har hittills hållits tillbaka av begränsningarna hos logiska grindar i konventionella datorchips. Genom ny forskning publicerad i The European Physical Journal D , ett team som leds av Aijin Zhu vid Guilin University of Electronic Technology, Kina, introducerade en grafenbaserad optisk logikgrind, som hanterar många av dessa utmaningar.
Designen kan leda till en ny generation datorchips som förbrukar mindre energi samtidigt som de når högre beräkningshastigheter och effektivitet. Detta kan i sin tur bana väg för användningen av AI i datornätverk för att automatisera uppgifter och förbättra beslutsfattandet – vilket leder till förbättrad prestanda, säkerhet och funktionalitet.
Det finns många fördelar med mikrochips vars logiska komponentgrindar utbyter signaler med hjälp av ljus istället för elektrisk ström. Men nuvarande design är ofta skrymmande, något instabil och sårbar för informationsförlust.
I sin uppsats introducerade Zhus team ett grafenbaserat alternativ bestående av Y-formade grafennanoband bundna på toppen av ett lager av isolering. Denna design är idealisk för att ta emot plasmonvågor, kollektiva oscillationer av elektroner som uppstår vid gränsytan mellan grafenet och det isolerande mediet. De kan triggas av ljusvågorna i inkommande optiska signaler och kan även generera utgående signaler själva efter att informationen bearbetats av den logiska grinden.
Eftersom ytplasmonvåglängder är kortare än för optiska ljusvågor, visar forskarna att deras installation kan bli mycket mer kompakt än tidigare konstruktioner av optiska logiska grindar. Deras enhet kan slås på och av med hjälp av en extern spänning, som manipulerar energinivåerna vid vilka elektroner i grafen är tillgängliga för att överföra elektrisk ström.
I sina experiment uppnådde Zhus team ett imponerande högt förhållande mellan effektnivån i deras gates "på" och "av" tillstånd, där den sänder respektive blockerar data. Förutom att de överträffar tidigare optiska logiska grindar, drar deras design också fördel av en liten storlek, låg informationsförlust och hög stabilitet.
Mer information: Aijun Zhu et al, En ultrakompakt och mycket stabil optisk numerisk komparator baserad på Y-formade grafen nanoband, The European Physical Journal D (2023). DOI:10.1140/epjd/s10053-023-00748-9
Journalinformation: European Physical Journal D
Tillhandahålls av Springer
