Un réinventé, une source laser à faible coût qui stocke l'énergie lumineuse à l'intérieur de disques nanométriques pourrait soutenir le développement de neuro-ordinateurs optiques, révèle une étude de simulation menée par des chercheurs de la KAUST.

Dispositifs photoniques qui utilisent des impulsions laser contrôlées pour manipuler des commutateurs de données, les implants biomédicaux et les cellules solaires sont recherchés car ils sont rapides comme l'éclair par rapport à l'électronique traditionnelle; cependant, les prototypes actuels n'ont pas été commercialisés en raison de la difficulté de fabriquer des lasers suffisamment petits pour s'adapter aux circuits imprimés d'ordinateurs, tout en conservant les capacités de mise en forme des impulsions.

"Le défi de réduire une source optique à l'échelle nanométrique est qu'elle commence à émettre de l'énergie fortement dans toutes les directions, " a expliqué Andrea Fratalocchi, professeur agrégé de génie électrique. « Cela le rend presque impossible à contrôler. »

Un partenariat avec le groupe de Yuri Kivshar à l'Université nationale australienne a révélé des moyens de dépasser les limites de la diffraction optique avec des lasers anapole non conventionnels. Fabriqué à partir de semi-conducteurs façonnés en nanodisques de taille précise, les anapoles répondent à la stimulation lumineuse en produisant des ondes électromagnétiques qui rayonnent ou tournent selon des distributions toroïdales en forme de beignet.

À des fréquences d'excitation spécifiques, l'interférence entre les deux champs produit un état - l'anapole - qui n'émet d'énergie dans aucune direction et piège la lumière à l'intérieur du nanodisque.

"Vous pouvez considérer ce laser comme un réservoir d'énergie - une fois le laser allumé, il emmagasine la lumière et ne la laisse pas partir jusqu'à ce que vous vouliez la récupérer, " dit Fratalocchi.

Pour libérer le potentiel de cette nouvelle source lumineuse, l'équipe KAUST a simulé diverses architectures d'ingénierie à l'aide d'algorithmes quantiques.

Ces calculs, ainsi qu'une intégration améliorée de la puce et des améliorations mille fois dans le couplage aux routeurs optiques, prédisent que les nanolasers anapolaires peuvent générer des impulsions lumineuses ultrarapides qui sont particulièrement adaptées à l'étude des modèles naturels de signalisation et des connexions neuronales.

Fratalocchi note que les nanolasers apparaîtraient invisibles pour un observateur jusqu'à ce qu'ils soient perturbés par un objet proche. Par conséquent, l'agencement des sources lumineuses cylindriques en boucle pourrait être utilisé pour produire une réaction en chaîne d'émissions lumineuses, réglable jusqu'à des temps d'impulsion aussi courts que la femtoseconde.

"C'est vraiment comme une population de lucioles, où les individus synchronisent leurs émissions en de beaux motifs, " expliqua-t-il " Quand on rapproche les nanolasers, nous pouvons obtenir un contrôle similaire sur les impulsions."

Les modèles de l'équipe suggèrent que l'intégration de différentes boucles de nanolasers anapolaires peut produire des oscillations, modèles dynamiques utiles pour reproduire des activités de type cérébral, tels que l'apprentissage automatique et la récupération de mémoire à faible coût, car la plate-forme n'a besoin que de plaquettes de silicium bon marché pour fonctionner.