Onderzoekers van de University of Central Florida ontwikkelen nieuwe fotonische materialen die op een dag kunnen helpen ultrasnelle, op licht gebaseerde computing mogelijk te maken met een laag vermogen.

De unieke materialen, bekend als topologische isolatoren, zijn als draden die binnenstebuiten zijn gekeerd, waarbij de stroom langs de buitenkant loopt en de binnenkant geïsoleerd is.

Topologische isolatoren zijn belangrijk omdat ze kunnen worden gebruikt in circuitontwerpen waarmee meer verwerkingskracht in een kleine ruimte kan worden gepropt zonder warmte te genereren, waardoor het oververhittingsprobleem waarmee de kleinere en kleinere circuits van tegenwoordig worden geconfronteerd, wordt vermeden.

In hun laatste werk, gepubliceerd in het tijdschrift Nature Materials , demonstreerden de onderzoekers een nieuwe benadering om de materialen te maken die gebruik maken van een nieuw, geketend, honingraatroosterontwerp.

De onderzoekers hebben het geketende, honingraatvormige ontwerp met laser geëtst op een monster silica, het materiaal dat gewoonlijk wordt gebruikt om fotonische circuits te maken.

Met knooppunten in het ontwerp kunnen de onderzoekers de stroom moduleren zonder de fotonische draden te buigen of uit te rekken, een essentiële functie die nodig is voor het regelen van de lichtstroom en dus informatie in een circuit.

Het nieuwe fotonische materiaal overwint de nadelen van hedendaagse topologische ontwerpen die minder functies en controle boden, terwijl het veel langere voortplantingslengten voor informatiepakketten ondersteunt door vermogensverliezen te minimaliseren.

De onderzoekers voorzien dat de nieuwe ontwerpaanpak, geïntroduceerd door de bimorfe topologische isolatoren, zal leiden tot een afwijking van traditionele modulatietechnieken, waardoor de technologie van op licht gebaseerd computergebruik een stap dichter bij de realiteit komt.

Topologische isolatoren kunnen op een dag ook leiden tot kwantumcomputing, omdat hun functies kunnen worden gebruikt om kwetsbare kwantuminformatiebits te beschermen en te benutten, waardoor de verwerkingskracht honderden miljoenen keren sneller is dan de conventionele computers van vandaag.

De onderzoekers bevestigden hun bevindingen met behulp van geavanceerde beeldvormingstechnieken en numerieke simulaties.

"Bimorfe topologische isolatoren introduceren een nieuwe paradigmaverschuiving in het ontwerp van fotonische circuits door veilig transport van lichtpakketten met minimale verliezen mogelijk te maken", zegt Georgios Pyrialakos, een postdoctoraal onderzoeker bij UCF's College of Optics and Photonics en de hoofdauteur van het onderzoek.

De volgende stappen voor het onderzoek zijn onder meer de opname van niet-lineaire materialen in het rooster die de actieve controle van topologische regio's mogelijk maken, waardoor aangepaste paden voor lichtpakketten worden gecreëerd, zegt Demetrios Christodoulides, een professor aan het College of Optics and Photonics van UCF en co-auteur van de studie . + Verder verkennen

Quantum eenrichtingsverkeer in topologische isolator nanodraden