Vanderbilt-onderzoekers hebben de volgende generatie ultrasnelle gegevensoverdracht ontwikkeld die het mogelijk maakt om al high-performance computing 'on demand' te maken. De technologie lost knelpunten in datastromen op met behulp van een hybride silicium-vanadiumdioxide-golfgeleider die het licht in minder dan een biljoenste van een seconde kan aan- en uitzetten.

Het artikel, "Sub-picoseconde responstijd van een hybride VO2:siliciumgolfgeleider bij 1550 nm" werd gepubliceerd in het tijdschrift Geavanceerde optische materialen op 4 december

Medewerkers Sharon Weiss, Cornelius Vanderbilt Leerstoel en hoogleraar elektrotechniek, natuurkunde, en materiaalkunde en techniek, en Richard Haglund, Stevenson hoogleraar natuurkunde, zijn de eersten die aantonen dat het mogelijk is om datasnelheden van meer dan één terabit per seconde op een enkel kanaal te bereiken. Ze creëerden een hybride siliciumchip door een kleine hoeveelheid vanadiumdioxide op te nemen - een ultrasnel schakelend faseovergangsmateriaal - om de mogelijkheden van siliciumfotonica uit te breiden.

Lichtpulsen die in een siliciumgolfgeleider werden geïnjecteerd, werden selectief uitgeschakeld toen een andere lichtpuls het vanadiumdioxide trof. De opmerkelijke snelheid waarmee de lichtpulsen uit- en weer aangingen, is een gevolg van de materiaaleigenschappen van vanadiumdioxide en de tijdsduur waarin de twee laserpulsen op elkaar inwerken in het vanadiumdioxide. De siliciumgolfgeleiders werden vervaardigd in het Center for Nanophase Materials Sciences in het Oak Ridge National Laboratory als onderdeel van hun door het Department of Energy gesponsorde gebruikersprogramma. De opname van vanadiumdioxide werd uitgevoerd in het Vanderbilt Institute of Nanoscale Science and Engineering.

"Onze langdurige samenwerking - aangewakkerd door een gesprek tussen twee afgestudeerde studenten in de VINSE-cleanroom - heeft geresulteerd in de demonstratie van ultrasnel optisch schakelen met behulp van een siliciumgolfgeleider, " zei Wies, tevens directeur van VINSE. "Het betekent dat we het licht heel snel aan en uit kunnen doen terwijl het reist op een informatiesnelweg die kleiner is dan de dikte van je haar dat van hetzelfde materiaal is gemaakt in computers en mobiele telefoons."

Siliciumfotonica gebruikt lichtpulsen in plaats van elektrische stroompulsen om grote hoeveelheden data als informatiebits (0s en 1s) over te dragen. Gegevens kunnen worden gecodeerd in lichtpulsen, die over een optische vezel reizen. Wanneer de lichtpuls zijn bestemming bereikt, fotodetectoren zetten het licht weer om in een elektronisch datasignaal. Deze benadering heeft de verwerkingssnelheid en rekenkracht van computers aanzienlijk verbeterd sinds het onderzoek naar siliciumfotonica eind jaren tachtig begon. Nu bijna elk onderdeel van het dagelijks leven een online of digitale component heeft, verbetering van optische computertechnologie is van groot belang voor commerciële en industriële technologiebedrijven.

"We kunnen het licht sneller dan wie dan ook aan- en uitdoen via deze informatiesnelweg, wat betekent dat toekomstige computers veel sneller kunnen werken, en ook met minder stroom dan de huidige computers, door licht te gebruiken, ' zei Haglund.

Weiss en Haglund zeggen dat de volgende stappen in de richting van praktische implementatie van deze baanbrekende innovatie het optimaliseren van de grootte, vorm en volume van de vanadiumdioxidecomponent en om alternatieve configuraties van de hybride golfgeleider te onderzoeken.