Les chercheurs de Vanderbilt ont développé la prochaine génération de transmission de données ultrarapide qui pourrait permettre de faire du calcul déjà haute performance "à la demande". La technologie élimine les goulots d'étranglement dans les flux de données à l'aide d'un guide d'ondes hybride silicium-dioxyde de vanadium qui peut allumer et éteindre la lumière en moins d'un billionième de seconde.

L'article, "Sub-Picosecond Response Time of a Hybrid VO2:Silicon Waveguide at 1550 nm" a été publié dans la revue Matériaux optiques avancés le 4 décembre.

Collaborateurs Sharon Weiss, Chaire Cornelius Vanderbilt et professeur de génie électrique, la physique, et la science et l'ingénierie des matériaux, et Richard Haglund, Professeur Stevenson de physique, sont les premiers à démontrer qu'il est possible d'atteindre des débits supérieurs à un térabit par seconde sur un seul canal. Ils ont créé une puce de silicium hybride en incluant une petite quantité de dioxyde de vanadium, un matériau à changement de phase à commutation ultrarapide, pour étendre les capacités de la photonique sur silicium.

Des impulsions lumineuses ont été injectées dans un guide d'ondes en silicium et ont été sélectivement désactivées lorsqu'une autre impulsion lumineuse a frappé le dioxyde de vanadium. La vitesse remarquable avec laquelle les impulsions lumineuses étaient éteintes puis rallumées est une conséquence des propriétés matérielles du dioxyde de vanadium et de la durée pendant laquelle les deux impulsions laser interagissent dans le dioxyde de vanadium. Les guides d'ondes en silicium ont été fabriqués au Center for Nanophase Materials Sciences du Oak Ridge National Laboratory dans le cadre de leur programme utilisateur parrainé par le ministère de l'Énergie. L'incorporation de dioxyde de vanadium a été réalisée au Vanderbilt Institute of Nanoscale Science and Engineering.

« Notre collaboration à long terme, déclenchée par une conversation entre deux étudiants diplômés dans la salle blanche VINSE, a abouti à la démonstration d'une commutation optique ultrarapide à l'aide d'un guide d'onde en silicium, " dit Weiss, également directeur de VINSE. "Cela signifie que nous pouvons allumer et éteindre la lumière très rapidement pendant qu'elle voyage sur une autoroute de l'information plus petite que l'épaisseur de vos cheveux qui sont faits du même matériau à l'intérieur des ordinateurs et des téléphones portables."

La photonique sur silicium utilise des impulsions lumineuses au lieu d'impulsions de courant électrique pour transférer de grandes quantités de données sous forme de bits d'information (0s et 1s). Les données peuvent être codées en impulsions lumineuses, qui traversent une fibre optique. Lorsque l'impulsion lumineuse atteint sa destination, les photodétecteurs reconvertissent la lumière en un signal de données électronique. Cette approche a considérablement amélioré la vitesse de traitement et la puissance de calcul des ordinateurs depuis le début des recherches en photonique sur silicium à la fin des années 1980. Maintenant que presque chaque partie de la vie quotidienne a une composante en ligne ou numérique, l'amélioration de la technologie informatique optique est d'un grand intérêt pour les entreprises de technologie commerciale et industrielle.

"Nous pouvons allumer et éteindre la lumière plus rapidement que quiconque en utilisant cette autoroute de l'information, ce qui signifie que les futurs ordinateurs pourront peut-être fonctionner beaucoup plus rapidement, et aussi avec moins de puissance que les ordinateurs actuels, en utilisant la lumière, " a déclaré Haglund.

Weiss et Haglund disent que les prochaines étapes vers la mise en œuvre pratique de cette innovation révolutionnaire seront d'optimiser la taille, forme et le volume du composant de dioxyde de vanadium et d'étudier d'autres configurations du guide d'ondes hybride.