De regenboog bestaat niet alleen uit kleuren - elke lichtkleur heeft zijn eigen frequentie. Hoe meer frequenties je hebt, hoe hoger de bandbreedte voor het verzenden van informatie.

Het gebruik van slechts één kleur licht tegelijk op een elektronische chip beperkt momenteel technologieën die gebaseerd zijn op het waarnemen van veranderingen in verstrooide kleuren, zoals het detecteren van virussen in bloedmonsters, of het verwerken van vliegtuigbeelden van vegetatie bij het bewaken van velden of bossen.

Meerdere kleuren tegelijk in gebruik nemen zou betekenen dat er meerdere informatiekanalen tegelijk moeten worden ingezet, het verbreden van de bandbreedte van niet alleen de hedendaagse elektronica, maar ook van de nog snellere opkomende "nanofotonica" die zal vertrouwen op fotonen - snelle en massaloze lichtdeeltjes - in plaats van langzame en zware elektronen om informatie te verwerken met optische apparaten op nanoschaal.

IBM en Intel hebben al supercomputerchips ontwikkeld die de hogere bandbreedte van licht combineren met traditionele elektronische structuren.

Terwijl onderzoekers oplossingen bedenken om elektronica uiteindelijk te vervangen door fotonica, een door Purdue University geleid team heeft het fabricageproces vereenvoudigd waardoor meerdere kleuren tegelijk op een elektronische chip kunnen worden gebruikt in plaats van één kleur tegelijk.

De onderzoekers hebben ook een ander probleem aangepakt bij de overgang van elektronica naar nanofotonica:de lasers die licht produceren, moeten kleiner zijn om op de chip te passen.

"Een laser is typisch een monochromatisch apparaat, dus het is een uitdaging om een ​​laser afstembaar of polychromatisch te maken, " zei Alexander Kildishev, universitair hoofddocent elektrische en computertechniek aan de Purdue University. "Bovendien, het is een enorme uitdaging om een ​​array van nanolasers meerdere kleuren tegelijk op een chip te laten produceren."

Dit vereist het verkleinen van de "optische holte, " wat een belangrijk onderdeel is van lasers. Voor de eerste keer, onderzoekers van Purdue, Stanford University en de University of Maryland hebben zogenaamde zilveren "metasurfaces - kunstmatige materialen die dunner zijn dan lichtgolven - ingebed in nanoholtes, lasers ultradun maken.

"Optische holtes vangen licht op in een laser tussen twee spiegels. Terwijl fotonen tussen de spiegels kaatsen, de hoeveelheid licht neemt toe om laserstralen mogelijk te maken, "Zei Kildishev. "Onze nanoholtes zouden lasers op een chip ultradun en veelkleurig maken."

Momenteel, voor elke kleur is een andere dikte van een optische holte nodig. Door een zilveren meta-oppervlak in de nanoholte in te bedden, de onderzoekers bereikten een uniforme dikte om alle gewenste kleuren te produceren. Hun bevindingen verschijnen in Natuurcommunicatie .

"In plaats van de dikte van de optische holte voor elke kleur aan te passen, we passen de breedtes van metasurface-elementen aan, ' zei Kildishev.

Optische meta-oppervlakken kunnen uiteindelijk ook traditionele lenzen in elektronische apparaten vervangen of aanvullen.

"Wat de dikte van een mobiele telefoon bepaalt, is eigenlijk een complexe en nogal dikke stapel lenzen, Kildishev zei. "Als we gewoon een dun optisch meta-oppervlak kunnen gebruiken om licht te focussen en beelden te produceren, dan zouden we deze lenzen niet nodig hebben, of we zouden een dunnere stapel kunnen gebruiken."