" 可光成为新的电? |工程斯坦福学校

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          可光成为新的电?

          一个新的设备被称为纳米光子二极管可能最终使下一代计算,通信和能量转换技术。

          Illustration of a pattern of lightbulbs

          如果光子什么,所有光线的基本单位,供电电脑? | istock /eireenz

          更快,更高效的信息处理未来可能回落到光而不是电力。 

          马克·劳伦斯,在斯坦福材料科学与工程博士后学者,已经移动了一步接近这个未来方案以使光子二极管 - 一种装置,其允许光仅在一个方向流动 - 它不同于其他基于光的二极管,是消费类电子产品足够小。

          所有他所要做的就是设计超小的微观结构,并打破物理学的基本对称。

          “二极管是在现代电子无处不在,从LED(发光二极管),这样的太阳能电池(基本上LEDS反向运行),以便计算和通信集成电路,”说 珍妮弗·迪翁,材料科学与工程,并在描述这项工作的论文高级作者的副教授,发表在Nature通讯7月24日。 “实现紧凑,高效光子二极管是极为重要的实现下一代计算,通信和甚至能量转换技术”。

          在这一点上,迪翁和劳伦斯设计了新的光子二极管,并检查它们与计算机模拟和计算设计。他们还创建了必要的纳米结构 - 自定义比显微较小的部件 - 和安装,他们希望将带来他们的理论化系统寿命光源。

          “一个宏伟的目标是具有其中电力由光完全取代和光子驱动所有信息处理全光学计算机,”劳伦斯说。 “光的增加速度和带宽将能够更快地解决一些最难的科学,数学和经济问题。”

          纺灯,违反法律

          基于光的二极管的主要挑战是双重的。第一,下面的热力学定律,光应该向前通过一个对象与它会向后移动完全相同的方式没有移动部件移动。使得它在一个方向流动要求推翻这一规律,打破了所谓的时间反演对称性的新材料。第二,光更难以余电操纵,因为它没有收费。

          其他研究人员已经先前通过解决通过偏振片运行灯这些挑战 - 这使得光波在一致的方向振荡 - 然后通过磁场内的结晶材料,其旋转光的偏振。最后,匹配到偏振另一个偏振片迎来的光出近乎完美的传输。如果光通过在相反的方向上的装置运行时,没有光失控。

          劳伦斯描述这三个部分的设置,称为法拉第隔离器的单程动作,类似于服用两个门,其中人行道播放磁场的作用之间的移动人行道。即使你试图通过最后一道门倒​​退,人行道通常会阻止你到达第一个门。

          为了产生光偏振的足够强的旋转,这些种类的二极管必须是比较大 - 太大了,以适应消费者的电脑或智能手机。作为替代,迪翁和Lawrence想出了使用另一种光束,而不是一个磁场产生在晶体旋转的方式。该光束被极化,使得它的电场需要在其上,反过来,生成给它磁状纺丝能力和使更多的光让出的晶体中的旋转声振动以螺旋运动。使结构既小又高效的 迪翁实验室 在操纵和与被叫metasurfaces微小纳米天线和纳米结构材料放大光依赖于它的专门知识。

          研究人员在对工作来捕获光并提高其螺旋运动,直到它发现它的方式的超薄硅盘的设计阵列。这导致在向前方向上的高透射。在向后方向照射时,所述声振动旋向相反的方向,并帮助抵消试图退出任何光。从理论上说,是没有限制的,该系统可有多小。为他们的模拟,他们想象结构薄250纳米。 (作为参考,纸张是约100,000纳米厚)。

          什么是可能的

          大处着眼,研究人员在他们的想法可能会如何影响大脑,像电脑的发展,被称为神经运动电脑特别感兴趣。这个目标还需要在其他基于光的组件的其他进步,如纳米级的光源和开关。

          “我们的纳米光子器件可以使我们能够模仿神经元是如何计算 - 计算给大脑的相同的高互连性和能源效率,但更快的计算速度,”迪翁说。

          “我们可以在很多方向上把这些想法,”劳伦斯说。 “我们还没有发现经典或量子光学计算和光信息处理的极限。有一天,我们可以有,做一切电子产品做的更全光芯片“。