Световой переключатель снизит энергопотребление чипов и ускорит развитие фотоники

Ученые разработали инновационный переключатель, работающий на основе световых сигналов. Технология может сократить энергозатраты чипов и повысить их производительность — первые испытания показали многообещающие результаты в управлении потоками данных.

Разработка, объединяющая двумерный материал и наноструктуры, открывает путь к энергоэффективной электронике

Источник: Physical Review Letters

Исследователи совершили важный шаг в развитии фотонных технологий: они создали новый световой переключатель, который способен значительно снизить энергопотребление компьютерных чипов и ускорить обработку данных. Разработка, объединяющая двумерный материал и наноструктуры, открывает путь к более энергоэффективной электронике.

Команда ученых из Пенсильванского университета и Университета штата Монтана представила устройство на основе диселенида молибдена (MoSe₂) — тонкого полупроводникового материала с особыми свойствами. Его соединили с фотонно‑кристаллической нанокавитацией — структурой, эффективно удерживающей свет. Такое сочетание позволяет управлять световыми сигналами с помощью света, затрачивая минимум энергии.

Главная цель разработки — приблизить реализацию полностью оптических вычислений, где информация обрабатывается не электричеством, а светом. Это может дать серьезный выигрыш: свет распространяется быстрее электронов и выделяет меньше тепла. Однако долгое время ключевой проблемой оставалось то, что фотоны почти не взаимодействуют друг с другом.

Нашей главной целью было развитие полностью оптических вычислений — давней мечты о создании систем, которые обрабатывают информацию с помощью света, а не электричества. Поскольку свет распространяется быстрее и выделяет меньше тепла, чем движущиеся электроны, эти системы могут быть значительно мощнее и энергоэффективнее современных электронных чипов.

Ли Хэ

доцент Университета штата Монтана и старший автор исследования

В устройстве удалось добиться сверхнизкоэнергетической оптической коммутации: порог переключения достигнут при рекордно низком уровне мощности — всего около 4 фемтоджоулей энергии. В этом помогло создание экситон‑поляритонов — гибридных частиц, частично состоящих из света, частично из материи.

Свет, попадающий в нанорезонатор, взаимодействует с экситонами внутри полупроводникового монослоя

Источник: Чжи Ван, Пенсильванский университет

Технология пригодна для массового производства: используемые материалы и методы совместимы со стандартными производственными процессами. В перспективе устройство может найти применение в системах искусственного интеллекта и квантовых вычислениях, приближая появление оптических процессоров с тысячами взаимодействующих компонентов.

Ранее Наука Mail рассказывала, что дисплеи будущего станут не только излучать свет, но и генерировать энергию.