Les scientifiques savent depuis longtemps que les matériaux synthétiques, appelés métamatériaux, peuvent manipuler les ondes électromagnétiques telles que la lumière visible pour les faire se comporter d'une manière introuvable dans la nature. Cela a conduit à des percées telles que l'imagerie à très haute résolution. Maintenant, UMass Lowell fait partie d'une équipe de recherche qui oriente la technologie de manipulation de la lumière dans une nouvelle direction.

L'équipe, qui comprend des collaborateurs d'UMass Lowell, King's College de Londres, L'Université Paris Diderot et l'Université d'Hartford ont créé une nouvelle classe de métamatériaux qui peuvent être "réglés" pour changer la couleur de la lumière. Cette technologie pourrait un jour permettre la communication optique sur puce dans les processeurs informatiques, conduisant à plus petit, plus rapide, puces informatiques moins chères et plus économes en énergie avec une bande passante plus large et un meilleur stockage de données, entre autres améliorations. La communication optique sur puce peut également créer des réseaux de télécommunication à fibre optique plus efficaces.

"Les puces informatiques d'aujourd'hui utilisent des électrons pour l'informatique. Les électrons sont bons parce qu'ils sont minuscules, " a déclaré le professeur Viktor Podolskiy du Département de physique et de physique appliquée, qui est le chercheur principal du projet à UMass Lowell. "Toutefois, la fréquence des électrons n'est pas assez rapide. La lumière est une combinaison de minuscules particules, appelés photons, qui n'ont pas de masse. Par conséquent, les photons pourraient potentiellement augmenter la vitesse de traitement de la puce."

En convertissant les signaux électriques en impulsions lumineuses, la communication sur puce remplacera les fils de cuivre obsolètes trouvés sur les puces de silicium conventionnelles, Podolskiy a expliqué. Cela permettra la communication optique puce à puce et, finalement, communication de cœur à cœur sur la même puce.

"Le résultat final serait la suppression du goulot d'étranglement de la communication, rendre le calcul parallèle beaucoup plus rapide, " il a dit, ajoutant que l'énergie des photons détermine la couleur de la lumière. « La grande majorité des objets du quotidien, y compris les miroirs, lentilles et fibres optiques, peut diriger ou absorber ces photons. Cependant, certains matériaux peuvent combiner plusieurs photons entre eux, résultant en un nouveau photon d'énergie plus élevée et de couleur différente."

Podolskiy dit que permettre l'interaction des photons est la clé du traitement de l'information et de l'informatique optique. "Malheureusement, ce processus non linéaire est extrêmement inefficace et les matériaux appropriés pour favoriser l'interaction photonique sont très rares."

Podolskiy et l'équipe de recherche ont découvert que plusieurs matériaux avec de mauvaises caractéristiques non linéaires peuvent être combinés ensemble, résultant en un nouveau métamatériau qui présente les propriétés non linéaires de pointe souhaitées.

"L'amélioration vient de la façon dont le métamatériau remodèle le flux de photons, " Il a dit. " Le travail ouvre une nouvelle direction dans le contrôle de la réponse non linéaire des matériaux et peut trouver des applications dans les circuits optiques sur puce, améliorer considérablement les communications sur puce."