A Közép-Floridai Egyetem kutatói új fotonikus anyagokat fejlesztenek, amelyek egy napon lehetővé tehetik az ultragyors, kis energiaigényű fényalapú számítástechnikát. A topológiai szigetelőknek nevezett egyedülálló anyagok olyan vezetékekre hasonlítanak, amelyeket kifordítottak, a szigetelés belül van, az áram pedig a külső oldalon folyik.
A mai egyre kisebb áramkörökben tapasztalható túlmelegedés elkerülése érdekében a topológiai szigetelőket be lehetne építeni az áramkörök tervezésébe, hogy nagyobb feldolgozási teljesítményt lehessen egy adott területre pakolni hőtermelés nélkül.
A kutatók legújabb tanulmánya, amely április 28-án jelent meg a Nature Materials című folyóiratban, egy vadonatúj eljárást mutatott be az anyagok előállítására, amely egy egyedi, láncos, méhsejtrácsos szerkezetet használ. Az összekapcsolt, méhsejtes mintázatot a kutatók lézerrel maratták egy darab szilícium-dioxidra, egy olyan anyagra, amelyet gyakran használnak fotonikus áramkörök létrehozásához.
A kialakítás csomópontjai lehetővé teszik a kutatók számára, hogy az áramot a fotonikus huzalok hajlítása vagy nyújtása nélkül szabályozzák, ami a fény és így az információ áramlásának irányításához szükséges egy áramkörben.
Az új fotonikus anyag kiküszöböli a jelenlegi topológiai tervek hátrányait, amelyek kevesebb funkciót és szabályozást kínáltak, miközben az áramveszteségek minimalizálásával sokkal nagyobb terjedési hosszúságot támogatnak az információcsomagok számára.
A kutatók elképzelései szerint a bimorf topológiai szigetelők által bevezetett új tervezési megközelítés a hagyományos modulációs technikáktól való elszakadást eredményezi, és egy lépéssel közelebb hozza a fényalapú számítástechnika technológiáját a valósághoz.
Mik azok a topológiai szigetelők?
A szilárd testek egy új állapota, amikor a minta tömbi belseje szigetelő, de a felszíne (vagy vékonyréteg esetében annak az éle) elektromosan vezető.
A topológiai szigetelők egy fajtájának, a fél-Heusler ötvözeteknek (XYZ összetételben) az előnye az eddigi binér kompoundokkal (két féle összetevőből álló anyaggal) szemben az, hogy az összetétellel és a koncentrációval hangolható a sávszerkezet és ez által megtalálható az optimális topológiai szigetelő.
A topológiai szigetelők egy napon a kvantumszámítástechnikához is elvezethetnek, mivel tulajdonságaikat a törékeny kvantuminformációs bitek védelmére és hasznosítására lehetne felhasználni, így a mai hagyományos számítógépeknél több százmilliószor gyorsabb feldolgozási teljesítményt tennének lehetővé. A kutatók fejlett képalkotó eljárásokkal és numerikus szimulációkkal igazolták eredményeiket.
"A bimorf topológiai szigetelők új paradigmaváltást jelentenek a fotonikus áramkörök tervezésében, mivel lehetővé teszik a fénycsomagok biztonságos, minimális veszteségekkel járó továbbítását" - mondta Georgios Pyrialakos, a UCF Optikai és Fotonikai Főiskolájának posztdoktori kutatója, a tanulmány vezető szerzője.
A kutatás következő lépései közé tartozik a nemlineáris anyagok beépítése a rácsszerkezetbe, ami lehetővé tenné a topológiai régiók aktív vezérlését, és így egyéni útvonalakat hozhatna létre a fénycsomagok számára - mondta Demetrios Christodoulides, a UCF Optikai és Fotonikai Főiskolájának professzora és a tanulmány társszerzője.
