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将光压缩进微型电子设备,让电脑处理速度像光一样快

神译局 · 2016-12-09
科学家开发的组件把光子和电子的优势结合在了同一个平台上。

你觉得你的电脑够快吗?相信大部分人都觉得慢。未来的电脑运行速度将快如光速!纳米光子学研究纳米范围的光,它确实可以让我们的技术速度达到一个完全不同的等级。基础科学研究所的集成纳米结构物理中心开发了三个用光工作的线路的关键组件。根据在《自然通讯》上发布的内容,这些设备把光子和电子的优势结合在了同一个平台上。

让我们放慢速度,接近摩尔定律的终点:这是一个我们在物理上不能进一步缩小晶体管的尺寸的状态;一个需要更好性能的电脑以及更快的处理速度的大数据处理技术的未来。研究人员猜想,如果我们制造出通过光而不是电子来处理信息的电脑,那么电脑会运行得更快。然而,在纳米尺寸上来讲,光的波长比碳化硅纤维的直径要长,这会使一些光丢失。控制光的传播可以通过表面等离子体——这些电磁波沿表面传播的导电材料如银、金、铝和铜。通过表面等离子体,光学信息可以以近乎光的速度以及极小的体积被传播。

IBS的科学家利用银纳米线和二维半导体如二硫化钼(MoS2)中的表面等离子体制造了三种用于光通讯的关键组件:光学晶体管、光学多路复用器和光学信号探测器。这些设备之所以能够运行,是因为一个叫做等离子体-激子-等离子体的互变现象。图形描述了这个过程每步的细节。

IBS的科学家通过将银纳米管连接到一片二硫化钼来构造光学晶体管。照射在设备上的光被转化为表面等离子体,接着成为激子,变回表面等离子体并最终化为比初始输入时波长更短的光。例如,一个光输入时是绿色的,那么它出来后可能变成红色了。

波长复用设备也通过类似的方式来实现。但是代替了只用一片二硫化钼,研究人员使用三个不同的二维半导体材料数组发射不同波长的光。在这个结构里,举例子来说,一个单色输入光(紫色)生成三色输出光(蓝、绿和红)。

银纳米线的光信号传播也可以被转换并被光学信号探测器探测为电信号。

此研究的第一作者Hyun Seok Lee教授解释道:“这篇论文的创意来源于激子-等离子体的互变现象。我们在激子转换为等离子体以及使用银纳米线/二维半导体混合来使等离子体转化为激子之前发布了这篇文章。但是,这是我们第一次可以完成从等离子体到激子并回到等离子体的一个完整的循环。运用这个概念,我们创造了光学晶体管和多路复用器。”

 

翻译来自:虫洞翻翻  译者ID:祝天奇


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