(Phys.org) - Les ordinateurs peuvent devenir plus rapides chaque année, mais ces progrès dans la vitesse de l'ordinateur pourraient être éclipsés si leurs 1 et leurs 0 étaient représentés par des éclats de lumière, au lieu de l'électricité.

Des chercheurs de l'Université de Pennsylvanie ont fait une avancée importante dans cette frontière de la photonique, fabrication du premier commutateur photonique tout optique à partir de nanofils de sulfure de cadmium. De plus, ils ont combiné ces commutateurs photoniques en une porte logique, un composant fondamental des puces informatiques qui traitent l'information.

La recherche a été menée par le professeur agrégé Ritesh Agarwal et l'étudiant diplômé Brian Piccione du département de science et génie des matériaux de la faculté d'ingénierie et de sciences appliquées de Penn. Les stagiaires postdoctoraux Chang-Hee Cho et Lambert van Vugt, également du Département Science des Matériaux, contribué à l'étude.

Il a été publié dans la revue Nature Nanotechnologie .

L'innovation de l'équipe de recherche s'est appuyée sur leurs recherches antérieures, qui ont montré que leurs nanofils de sulfure de cadmium présentaient un couplage lumière-matière extrêmement fort, ce qui les rend particulièrement efficaces pour manipuler la lumière. Cette qualité est cruciale pour le développement de circuits photoniques nanométriques, car les mécanismes existants pour contrôler le flux de lumière sont plus volumineux et nécessitent plus d'énergie que leurs analogues électroniques.

« Le plus grand défi pour les structures photoniques à l'échelle nanométrique est de faire entrer la lumière, le manipuler une fois qu'il est là puis le sortir, " a déclaré Agarwal. " Notre innovation majeure a été la façon dont nous avons résolu le premier problème, en ce sens qu'il nous a permis d'utiliser les nanofils eux-mêmes pour une source lumineuse sur puce."

L'équipe de recherche a commencé par découper avec précision un espace dans un nanofil. Ils ont ensuite pompé suffisamment d'énergie dans le premier segment de nanofil pour qu'il commence à émettre une lumière laser à partir de son extrémité et à travers l'espace. Parce que les chercheurs ont commencé avec un seul nanofil, les deux extrémités des segments étaient parfaitement assorties, permettant au deuxième segment d'absorber et de transmettre efficacement la lumière sur toute sa longueur.

"Une fois que nous avons la lumière dans le deuxième segment, nous éclairons une autre lumière à travers la structure et éteignons ce qui est transporté à travers ce fil, " Agarwal a déclaré. "C'est ce qui en fait un interrupteur."

Les chercheurs ont pu mesurer l'intensité de la lumière sortant de l'extrémité du deuxième nanofil et montrer que l'interrupteur pouvait effectivement représenter les états binaires utilisés dans les dispositifs logiques.

"L'assemblage de commutateurs vous permet de créer des portes logiques, et assembler des portes logiques permet de faire du calcul, " a déclaré Piccione. "Nous avons utilisé ces commutateurs optiques pour construire une porte NAND, qui est un élément fondamental du traitement informatique moderne."

Une porte NAND, qui signifie "pas et, " renvoie une sortie " 0 " lorsque toutes ses entrées sont " 1 ". Il a été construit par les chercheurs en combinant deux commutateurs à nanofils dans une configuration en forme de Y. Les portes NAND sont importantes pour le calcul car elles sont " " ce qui signifie que, lorsqu'il est mis dans le bon ordre, ils peuvent effectuer n'importe quel type d'opération logique et constituent ainsi la base des processeurs informatiques à usage général.

« Nous voyons un avenir où « l'électronique grand public » deviendrait « la photonique grand public », " Agarwal dit. " Et cette étude montre que c'est possible. "