Chaque seconde, votre ordinateur doit traiter des milliards d'étapes de calcul pour produire même les sorties les plus simples. Imaginez si chacune de ces étapes pouvait être rendue un tout petit peu plus efficace. "Cela permettrait d'économiser de précieuses nanosecondes, " a expliqué Swastik Kar, professeur adjoint de physique à la Northeastern University.

Kar et son collègue Yung Joon Jung, professeur agrégé au Département de génie mécanique et industriel, ont développé une série de nouveaux appareils qui font exactement cela. Leurs travaux ont été publiés récemment dans la revue Photonique de la nature .

L'année dernière, le duo interdisciplinaire a combiné leurs expertises—Kar's en graphène, un matériau à base de carbone connu pour sa résistance et sa conductivité, et Jung dans la mécanique des nanotubes de carbone, qui sont des feuilles de graphène enroulées de la taille d'un nanomètre - pour découvrir un phénomène physique qui pourrait inaugurer une nouvelle vague d'électronique hautement efficace.

Ils ont découvert que les courants électriques induits par la lumière augmentent beaucoup plus fortement à l'intersection des nanotubes de carbone et du silicium, par rapport à l'intersection du silicium et d'un métal, comme dans les dispositifs à photodiodes traditionnels. "Cette forte augmentation nous aide à concevoir des appareils qui peuvent être allumés et éteints à l'aide de la lumière, " dit Kar.

Cette découverte a des implications majeures pour la réalisation de calculs, lequel, en termes simples, s'appuyer également sur une série d'interrupteurs marche-arrêt. Mais pour accéder aux précieuses informations qui peuvent être stockées sur ces commutateurs, il doit également être transféré et traité par d'autres commutateurs. "Les gens pensent que le meilleur ordinateur serait celui dans lequel le traitement est effectué à l'aide de signaux électriques et le transfert de signal est effectué par l'optique, " dit Kar.

Ce n'est pas trop surprenant puisque la lumière est extrêmement rapide. Les appareils de Kar et Jung, qui sont les premiers à intégrer des propriétés électroniques et optiques sur une seule puce électronique, représentent une avancée décisive pour faire de cet ordinateur de rêve une réalité.

La modélisation informatique de ces jonctions a été réalisée en étroite collaboration avec le groupe de Young-Kyun Kwon, professeur à l'université Kyung Hee, à Séoul, Corée.

Dans le nouveau journal, l'équipe présente trois de ces nouveaux appareils. La première est une porte dite ET, qui nécessite à la fois une entrée électronique et une entrée optique pour générer une sortie. Cet interrupteur ne se déclenche que si les deux éléments sont enclenchés.

Le deuxième appareil, une porte OU, peut générer une sortie si l'un des deux capteurs optiques est engagé. Cette même configuration peut également être utilisée pour convertir des signaux numériques en signaux analogiques, une capacité importante pour des actions telles que la transformation du contenu numérique d'un fichier MP3 en musique réelle.

Finalement, Kar et Jung ont également construit un appareil qui fonctionne comme le frontal d'un capteur de caméra. Il se compose de 250, 000 appareils miniatures assemblés sur une surface centimètre par centimètre. Bien que cet appareil nécessiterait plus d'intégration pour être pleinement viable, il a permis à l'équipe de tester la reproductibilité de leur processus d'assemblage.

"La méthode de Jung est une technique de classe mondiale, ", a déclaré Kar. "Cela nous a vraiment permis de concevoir beaucoup d'appareils beaucoup plus évolutifs."

Alors que les ordinateurs traitent des milliards d'étapes de calcul chaque seconde, améliorer leur capacité à effectuer ces étapes, Kar a dit, commence par la "démonstration de l'amélioration d'un seul". C'est exactement ce qu'ils ont fait.