ساخت اولین سوئیچ نانوسیمی تمام نوری

‎ رایانه‌ها سال به سال سریع‌تر می‌شوند ولی اگر «۰»‌ها و «۱»‌های رایانه‌ها به جای ‏الکتریسیته با نور نشان داده شوند این سرعت بیشتر هم می‌شود. پژوهشگرانی از دانشگاه ‏پنسیلوانیا با ساخت اولین سوئیچ فوتونیکی تمام اپتیکی از نانوسیم‌های سولفید کادمیوم ‏پیشرفت مهمی در این مرز فوتونیک ایجاد کرده‌اند. بعلاوه، آنها از این سوئیچ فوتونیکی در ‏ساخت یک درگاه منطقی، که مولفه اساسی پردازش اطلاعات است، استفاده کرده‌اند. ‏

گسیل نور لیزری از انتهای یک نانوسیم سولفید ‏کادمیوم. ‏

آنها در کار قبلی خود نشان داده بودند که نانوسیم‌های سولفید کادمیوم جفت‌شدگی ‏بسیار قوی نور- ماده از خود نشان می‌دهند. این قابلیت برای ساخت مدارهای فوتونیکی ‏نانومقیاس حیاتی است، چون مکانیسم‌های موجود برای کنترل جریان نور دارای ابعاد بزرگی ‏هستند و انرژی بیشتری در مقایسه با همتاهای الکترونیکی خود مصرف می‌کنند. ‏

ریتیش آگاروال، یکی از اعضای این گروه گفت: «بزرگ‌ترین چالش ساختارهای ‏فوتونیکی نانومقیاس وارد کردن نور به آنها، دستکاری نور، و خارج کردن نور است. ‏نوآوری اصلی کار ما به نحوه حل چالش اول مربوط می‌شود که در آن از خود نانوسیم‌ها ‏بعنوان چشمه نوری روی- تراشه‌ای استفاده می‌کنیم.»‏

آنها با ایجاد یک شکاف در نانوسیم (که آن را دو قسمت می‌کرد) شروع کردند. وقتی ‏که قسمت اول تحت تابش مناسب قرار می‌گرفت شروع به گسیل نور لیزری از سمت شکاف ‏می‌کرد. قسمت دوم هم بخوبی این نور را جذب کرده و منتقل می‌کرد. آگاروال گفت: ‏‏«همینکه نور به قسمت دوم وارد می‌شود نور دیگری به ساختار می‌تابانیم و آن چیزی را که ‏از سیم عبور می‌کند، خاموش می‌کنیم. این همان چیزی است که از آن یک سوئیج می‌سازد.»‏

این پژوهشگران با اندازه‌گیری شدت نور خروجی از انتهای نانوسیم دوم نشان دادند که ‏این سوئیچ می‌تواند حالت‌های دو دویی افزاره‌های منطقی را ایجاد کند. برایان پیچیونه، از ‏دانشگاه پنسیلوانیا گفت: «قرار دادن سوئیچ‌ها در کنار هم منجر به درگاه‌های منطقی می‌شود ‏و آرایش درگاه‌های منطقی هم می‌تواند انجام محاسبات را ممکن سازد. ما از این سوئیچ‌های ‏اپتیکی برای ساخت درگاه ‏NAND‏ استفاده کردیم که یک آجربنای بنیادی در پردازش ‏رایانه‌ای است.»

یک درگاه ‏NAND‏ که نشانگر ‏not and‏ است هنگامی که همه ورودی‌هایش «۱» باشد، ‏خروجی «۰» را برمی‌گرداند. این پژوهشگران این درگاه را با ترکیب دو سوئیچ نانوسیمی به ‏صورت یک پیکربندی ‏Y‏- شکل ساختند. این درگاه‌ها برای انجام محاسبات ضروری هستند ‏زیرا آنها «کامل تابعی» هستند، بدین معنا که می‌توانند هر نوع عمل منطقی را انجام دهند و ‏پایه‌ای برای پردازنده‌های رایانه‌ای همه منظوره باشند. ‏

این پژوهشگران جزئیات نتایج کار تحقیقاتی خود را در مجله‌ی ‏Nature Nanotechnology‏ ‏منتشر کرده‌اند.‏ ‎