I processori per computer convenzionali hanno praticamente raggiunto il limite massimo della loro "velocità di clock", una misura della velocità con cui possono accendersi e spegnersi, a causa delle limitazioni della commutazione elettronica. Gli scienziati che cercano di migliorare i processori dei computer sono rimasti incuriositi dal potenziale della commutazione completamente ottica, che utilizza la luce invece dell'elettricità per controllare il modo in cui i dati vengono elaborati e archiviati su un chip.
I ricercatori dell'Argonne National Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE) e della Purdue University hanno recentemente creato un nuovo tipo di interruttore completamente ottico che potrebbe realizzare questo potenziale.
"Le precedenti iterazioni di interruttori ottici avevano tempi di commutazione fissi che venivano" integrati "nel dispositivo al momento della sua fabbricazione", ha affermato Soham Saha di Argonne, uno dei borsisti post-dottorato di Maria Goeppert Mayer del laboratorio che lavora presso l'Argonne Center for Nanoscale Materials, un Struttura utente del DOE Office of Science.
Saha e i suoi colleghi hanno realizzato un interruttore ottico con due materiali diversi, ciascuno con un tempo di commutazione diverso. Un materiale, l'ossido di zinco drogato con alluminio, ha un tempo di commutazione nell'ordine dei picosecondi, mentre l'altro materiale, il nitruro di titanio plasmonico, ha un tempo di commutazione più di cento volte più lento nell'ordine dei nanosecondi.
"Quando si utilizzano componenti ottici anziché circuiti elettronici, non si verificano ritardi resistivi-capacitivi, il che significa che, in teoria, si potrebbero far funzionare questi chip mille volte più velocemente dei chip per computer convenzionali", ha affermato Saha.
Secondo Saha, la differenza nei tempi di commutazione tra i due componenti metallici significa che l'interruttore può essere più flessibile e trasmettere i dati rapidamente memorizzandoli in modo efficace. "La natura bimetallica dell'interruttore significa che può essere utilizzato per molteplici scopi a seconda della lunghezza d'onda della luce utilizzata", ha affermato. "Quando desideri applicazioni più lente, come l'archiviazione di memoria, passi a un materiale; per applicazioni più veloci, passi all'altro. Questa funzionalità è nuova."
Nella configurazione sperimentale, i materiali dell'interruttore funzionano come assorbitori o riflettori di luce, a seconda della lunghezza d'onda di funzionamento. Quando vengono accesi da un raggio luminoso, cambiano stato.
Il controllo della velocità degli interruttori completamente ottici è fondamentale per ottimizzarne le prestazioni in varie applicazioni. Questi risultati offrono la promessa per lo sviluppo di interruttori altamente adattabili ed efficienti in campi come la comunicazione avanzata in fibra ottica, l'informatica ottica e la scienza ultraveloce.
La capacità di regolare la velocità di commutazione ci avvicina inoltre a colmare il divario tra le comunicazioni ottiche ed elettroniche, consentendo una trasmissione dei dati più rapida ed efficiente.
Questa ricerca fornisce preziose informazioni sulla comprensione fondamentale degli interruttori completamente ottici e apre la strada alla progettazione di dispositivi avanzati per l'informatica e le telecomunicazioni.
Un articolo basato sulla ricerca "Ingegneria delle dinamiche temporali della commutazione completamente ottica con materiali veloci e lenti" è pubblicato su Nature Communications .
Ulteriori informazioni: Soham Saha et al, Progettare le dinamiche temporali della commutazione completamente ottica con materiali veloci e lenti, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-41377-5
Informazioni sul giornale: Comunicazioni sulla natura
Fornito dal Laboratorio nazionale Argonne
