محققان در حال توسعه سوئیچ های تمام نوری هستند که می توانند به پردازنده های کامپیوتری سریعتر منجر شوند

Newswise – پردازنده های معمولی کامپیوتر به حداکثر خود رسیده اند“سرعت ساعت” – اندازه گیری سرعت روشن و خاموش شدن آنها – به دلیل محدودیت های سوئیچینگ الکترونیکی. دانشمندانی که به دنبال بهبود در پردازنده‌های کامپیوتر هستند، شیفته پتانسیل سوئیچینگ تمام نوری هستند، که از نور به جای الکتریسیته برای کنترل نحوه پردازش و ذخیره داده‌ها در یک تراشه استفاده می‌کند.

محققان وزارت انرژی آمریکا (گوزنآزمایشگاه ملی آرگون و دانشگاه پوردو اخیراً نوع جدیدی از سوئیچ تمام نوری را ایجاد کرده اند که می تواند این پتانسیل را تحقق بخشد.“تکرارهای قبلی سوئیچ های نوری دارای زمان های سوئیچینگ ثابت بودند‘سوهام ساها از آرگون، یکی از همکاران فوق دکتری آزمایشگاه ماریا گوپرت مایر که در مرکز مواد نانومقیاس آرگون کار می‌کند، گفت. گوزن راحتی برای کاربران دفتر علوم..

ساها و همکارانش یک سوئیچ نوری از دو ماده مختلف ساختند که هرکدام زمان سوئیچینگ متفاوتی داشتند. یک ماده، اکسید روی دوپ شده با آلومینیوم، دارای زمان سوئیچینگ در محدوده پیکوثانیه است، در حالی که ماده دیگر، نیترید تیتانیوم پلاسمونیک، دارای زمان تعویض بیش از صد برابر کندتر در محدوده نانوثانیه است.

“ساها گفت: وقتی از اجزای نوری به جای مدارهای الکترونیکی استفاده می‌کنید، هیچ تاخیر مقاومتی-خازنی وجود ندارد، به این معنی که در تئوری می‌توانید این تراشه‌ها را هزار برابر سریع‌تر از تراشه‌های رایانه‌ای معمولی هدایت کنید.

به گفته ساها، تفاوت در زمان سوئیچینگ بین دو جزء فلزی به این معنی است که سوئیچ می‌تواند انعطاف‌پذیرتر باشد و برای انتقال سریع داده‌ها و در عین حال ذخیره کارآمد آن استفاده شود.“ماهیت دو فلزی سوئیچ به این معنی است که بسته به طول موج نوری که استفاده می‌کنید، می‌توان از آن برای اهداف مختلفی استفاده کرد.»“وقتی برنامه های کندتر مانند حافظه ذخیره سازی می خواهید، با یک ماده جابجا می شوید. برای برنامه‌های سریع‌تر، به برنامه دیگر بروید. این فرصت جدید است.»

در پیکربندی آزمایشی، مواد سوئیچ بسته به طول موج عملکرد به عنوان جاذب نور یا بازتابنده عمل می کنند. هنگامی که توسط یک پرتو نور روشن می شوند، حالت آنها تغییر می کند.

کنترل سرعت سوئیچ های تمام نوری برای بهینه سازی عملکرد آنها در کاربردهای مختلف بسیار مهم است. این یافته‌ها نویدی را برای توسعه سوئیچ‌های بسیار سازگار و کارآمد در زمینه‌هایی مانند ارتباطات نوری پیشرفته، محاسبات نوری و علم فوق سریع ارائه می‌دهد.

توانایی تنظیم سرعت سوئیچینگ همچنین ما را به پر کردن شکاف بین ارتباطات نوری و الکترونیکی نزدیک‌تر می‌کند و انتقال داده‌ها را سریع‌تر و کارآمدتر می‌کند.

این تحقیق بینش ارزشمندی را در مورد درک اساسی سوئیچ های تمام نوری ارائه می دهد و راه را برای طراحی دستگاه های محاسباتی و مخابراتی پیشرفته هموار می کند.

مقاله بر اساس مطالعه،“مهندسی دینامیک زمانی سوئیچینگ تمام نوری با مواد سریع و آهسته“، در نسخه آنلاین Nature Communications در 21 سپتامبر ظاهر شد. علاوه بر ساها، نویسندگان آرگونیایی عبارتند از بنجامین دیرول و ریچارد شالر. همچنین مصطفی گوکسو اوزلو، سارا ان. چاودوری، ساموئل پیانا، ژاکسیلیک کودیشف، زوبین ژاکوب، ولادیمیر ام. شالایف، الکساندر وی.

بودجه این تحقیق توسط گوزندفتر علوم پایه انرژی و همچنین دفتر تحقیقات نیروی دریایی و دفتر تحقیقات علمی نیروی هوایی.

برای مرکز آرگون برای مواد نانومقیاس
مرکز مواد در مقیاس نانو یکی از پنج مرکز تحقیقاتی نانومقیاس DOE است که پیشروترین امکانات کاربر ملی برای تحقیقات بین رشته‌ای در مقیاس نانو است که توسط دفتر علوم DOE نگهداری می‌شود. با هم، NSRCها مجموعه‌ای از تسهیلات تکمیلی را تشکیل می‌دهند که قابلیت‌های پیشرفته‌ای را برای ساخت، پردازش، شناسایی و مدل‌سازی مواد در مقیاس نانو در اختیار محققان قرار می‌دهند و بزرگ‌ترین سرمایه‌گذاری زیرساختی ابتکار ملی نانوتکنولوژی را نشان می‌دهند. NSRCها در آزمایشگاه‌های ملی آرگون، بروکهاون، لارنس برکلی، اوک ریج، ساندیا و لوس آلاموس DOE واقع شده‌اند. برای اطلاعات بیشتر در مورد NSRC DOE، لطفاً مراجعه کنید https://sci​ence.osti نگاه.

آزمایشگاه ملی آرگون به دنبال راه حلی برای مشکلات مبرم ملی در علم و فناوری است. اولین آزمایشگاه ملی کشور، Argonne، تحقیقات پایه و کاربردی پیشرو را در تقریباً هر رشته علمی انجام می دهد. محققان Argonne از نزدیک با محققین صدها شرکت، دانشگاه و سازمان های فدرال، ایالتی و شهرداری همکاری می کنند تا به آنها کمک کنند تا مشکلات خاص خود را حل کنند، رهبری علمی آمریکا را ارتقا دهند و کشور را برای آینده ای بهتر آماده کنند. با کارکنان بیش از 60 کشور، Argonne توسط مدیریت می شود UChicago Argonne, LLC برای دفتر علوم وزارت انرژی ایالات متحده.

دفتر علوم وزارت انرژی ایالات متحده بزرگترین حامی تحقیقات پایه در علوم فیزیکی در ایالات متحده است و برای رسیدگی به برخی از مهم ترین چالش های زمان ما کار می کند. برای اطلاعات بیشتر مراجعه کنید https://energy.gov/scence.