Les processeurs informatiques conventionnels ont pratiquement atteint leur « vitesse d'horloge » maximale (une mesure de la vitesse à laquelle ils peuvent s'allumer et s'éteindre) en raison des limites de la commutation électronique. Les scientifiques qui cherchent à améliorer les processeurs informatiques sont intrigués par le potentiel de la commutation entièrement optique, qui utilise la lumière au lieu de l'électricité pour contrôler la manière dont les données sont traitées et stockées sur une puce.
Des chercheurs du Laboratoire national d'Argonne du Département américain de l'énergie (DOE) et de l'Université Purdue ont récemment créé un nouveau type de commutateur entièrement optique qui pourrait réaliser ce potentiel.
"Les itérations précédentes de commutateurs optiques avaient des temps de commutation fixes qui étaient "intégrés" au dispositif lors de sa fabrication", a déclaré Soham Saha d'Argonne, l'une des boursières postdoctorales Maria Goeppert Mayer du laboratoire qui travaille au Centre d'Argonne pour les matériaux à l'échelle nanométrique, un Installation utilisateur du Bureau des sciences du DOE.
Saha et ses collègues ont fabriqué un commutateur optique à partir de deux matériaux différents, chacun ayant un temps de commutation différent. Un matériau, l'oxyde de zinc dopé à l'aluminium, a un temps de commutation de l'ordre de la picoseconde, tandis que l'autre matériau, le nitrure de titane plasmonique, a un temps de commutation plus de cent fois plus lent de l'ordre de la nanoseconde.
"Lorsque vous utilisez des composants optiques au lieu de circuits électroniques, il n'y a pas de retards résistifs-capacitifs, ce qui signifie qu'en théorie, vous pourriez faire fonctionner ces puces mille fois plus rapidement que les puces informatiques classiques", a déclaré Saha.
La différence dans les temps de commutation entre les deux composants métalliques signifie que le commutateur peut être plus flexible et transmettre les données rapidement tout en les stockant efficacement, selon Saha. "La nature bimétallique du commutateur signifie qu'il peut être utilisé à plusieurs fins en fonction de la longueur d'onde de la lumière que vous utilisez", a-t-il déclaré. "Lorsque vous souhaitez des applications plus lentes, comme le stockage en mémoire, vous passez à un matériau ; pour des applications plus rapides, vous passez à l'autre. Cette fonctionnalité est nouvelle."
Dans la configuration expérimentale, les matériaux du commutateur fonctionnent comme des absorbeurs de lumière ou des réflecteurs, en fonction de la longueur d'onde de fonctionnement. Lorsqu'ils sont allumés par un faisceau lumineux, ils changent d'état.
Le contrôle de la vitesse des commutateurs entièrement optiques est crucial pour optimiser leurs performances dans diverses applications. Ces résultats sont prometteurs pour le développement de commutateurs hautement adaptables et efficaces dans des domaines tels que la communication améliorée par fibre optique, l'informatique optique et la science ultrarapide.
La possibilité d'ajuster les vitesses de commutation nous rapproche également de la réduction du fossé entre les communications optiques et électroniques, permettant une transmission de données plus rapide et plus efficace.
Cette recherche fournit des informations précieuses sur la compréhension fondamentale des commutateurs entièrement optiques et ouvre la voie à la conception de dispositifs avancés pour l'informatique et les télécommunications.
Un article basé sur la recherche, "Ingénierie de la dynamique temporelle de la commutation entièrement optique avec des matériaux rapides et lents", est publié dans Nature Communications. .
Plus d'informations : Soham Saha et al, Ingénierie de la dynamique temporelle de la commutation tout optique avec des matériaux rapides et lents, Nature Communications (2023). DOI :10.1038/s41467-023-41377-5
Informations sur le journal : Communications naturelles
Fourni par le Laboratoire National d'Argonne
