http://phys.org/news/2012-09-all-optical-nanowire.html
September 10, 2012
(Phys.org) -- 電腦每一年也許會變得更快，可是這些 1 與 0 如果由絢麗的光而非電來呈現，那麼這些在運算速度上的進步也許會相形見絀。
賓州大學的研究者在這個光子學的邊疆上獲得一項重要的進展，以硫化鎘（cadmium sulfide）奈米線塑造出第一個全光學光子交換器（all-optical photonic switch）。此外，他們將這些光子交換器結合成一個邏輯閘 -- 電腦晶片的基礎元件，那處理資訊。
這些研究由賓州大學工程與應用科學學院，材料科學與工程系助理教授 Ritesh Agarwal 以及的畢業生 Brian Piccione 所完成。博士後研究 Chang-Hee Cho 與 Lambert van Vugt（亦屬於材料科學系）有助於此研究。
那發表在 Nature Nanotechnology 期刊上。
此研究團隊的創新建立在其早期研究上，那證明他們的硫化鎘奈米線展現出極度強烈的光--物質耦合（light-matter coupling），使得它們在操控光線上格外有效率。這項特質對於奈米級光子迴路的開發上至關緊要，因為現存用來控制光流動的機制顯得更龐大笨重，且能量需求也比其電子類似物來得更多。
"就奈米尺度下的光子結構而言，最大的挑戰是，讓光進入，一旦它在那裡就操縱它，然後讓它出去，" Agarwal 說。"我們主要的創新是，我們如何解決第一個問題，在這之中，那允許我們把奈米導線本身當成一種晶片光源（on-chip light source，詳見下面連結）來用。"
研究團隊一開始先在奈米線上精確地切削出一個間隙（gap）。他們接著將足夠能量注入到第一段奈米線，那開始自其末端發出雷射光，然後穿過間隙。因為研究者是由單根奈米線開始，故二個奈米線線段的末端完美地匹配，讓第二段能有效吸收光線，並在整個線段長度上傳輸光線。
"一旦我們在第二線段有光，我們就能在結構上發出另一道光，並關掉已經從導線上傳過去的光，" Agarwal 說。"那是它之能成為交換器的關鍵。"
研究者能測量從第二段導線末端出來的光強度，並證明這個交換器能有效地重現用於邏輯裝置中的二進位狀態。
"將交換器放在一起，讓你可以做出邏輯閘，將這些邏輯閘組裝起來讓你能夠進行運算，" Piccione 說。"我們利用這些光交換器建構一個 NAND 閘，那是現代電腦處理的根本基石。"
一個 NAND 閘，意思是「非和」，當所有的輸入為 1 時，回傳一個 0 輸出。研究者將二個奈米導線交換器結合成一種 Y 形配置，就建構出一個 NAND 閘。NAND 閘對於運算很重要，因其為「功能完備（functionally complete）」，意思是，當（排列）順序正確時，它們能完成任何種類的邏輯運算，也因此構成泛用型電腦處理器的基礎。
"我們展望一個未來，在那裡「消費電子」變成「消費光子」，" Agarwal 說。"而這項研究證明這是有可能的。"
※ 以後「電腦」得改稱「光腦」。相關報導：
＊ All-optical active switching in individual semiconductor nanowires
http://dx.doi.org/10.1038/nnano.2012.144
Brian Piccione, Chang-Hee Cho, Lambert K. van Vugt,＊ 超立方體能成為奈米電腦的基石
Ritesh Agarwal.
Nature Nanotechnology (2012)
doi: 10.1038/nnano.2012.144
＊ 科學家發現可製造奈米管的細菌
＊ 細菌產生的奈米線具新傳導特性
＊ 雙直徑奈米柱集光器的新「轉折」
＊ 建構新的雷射奈米製造技術
＊ 成為「3D 畫家」的雷射光束
＊ 量子懸浮能防止奈米系統相互碰撞
＊ 奈米雷射-- 未來光學電腦與科技的關鍵
＊ 科學家以單根奈米線做出單模雷射
＊ 新奈米晶體具廉價光源潛力
＊ 單一奈米材料產生多種雷射色彩
＊ 以新奇的光學電晶體控制光的流動
＊ 新3D 光子晶體同時具光、電特性
＊ 石墨烯--矽光迴路中的超低功率光資訊處理與頻率生成
＊ 通用電晶體：可成為各種邏輯功能的基礎
＊ 結合量子位元：光頻梳能使量子位元易於控制
＊ 快速光子控制使量子光學技術更接近現實
＊ 物理家首度利用光控制量子穿隧
沒有留言:
張貼留言