开发基于光的技术

 tianxiadiyi   2019-07-27 18:33   42 人阅读  0 条评论
更快,更有效的信息处理的未来可能归结为光而不是电力。斯坦福大学材料科学与工程博士后马克劳伦斯已经向这个未来迈进了一步,制定了一个光子二极管 - 一种只允许光在一个方向上流动的装置 - 这与其他光不同基于二极管的二极管足够小,适用于消费电子产品。 他所要做的只是设计小于微观的结构,打破物理学的基本对称性。 “二极管在现代电子产品中无处不在,从LED(发光二极管)到太阳能电池(主要是反向运行的LED)到用于计算和通信的集成电路,”材料科学与工程副教授兼资深作者Jennifer Dionne说。描述这项工作的论文,于7月24日在Nature Communications上发表。“实现紧凑,高效的光子二极管对于实现下一代计算,通信甚至能量转换技术至关重要。” 此时,Dionne和Lawrence设计了新的光子二极管,并通过计算机模拟和计算检查了他们的设计。他们还创造了必要的纳米结构 - 定制的小于微观的组件 - 并且正在安装他们希望将其理论系统变为现实的光源。 “一个宏伟的愿景是拥有一台全光学计算机,电力完全由光和光子取代,驱动所有信息处理,”劳伦斯说。“增加光速和带宽可以更快地解决一些最严重的科学,数学和经济问题。” 旋转光,打破法律 光基二极管的主要挑战是双重的。首先,遵循热力学定律,光应该向前移动通过没有移动部件的物体,其方式与向后移动的方式完全相同。使其向一个方向流动需要新材料推翻这一定律,打破所谓的时间反转对称性。其次,光比电更难操作,因为它没有电荷。 其他研究人员以前通过光线通过偏振器来解决这些挑战 - 这使得光波以均匀的方向振荡 - 然后通过磁场内的晶体材料,旋转光的偏振。最后,与偏振相匹配的另一个偏振器以近乎完美的透射率引出光。如果光以相反方向穿过设备,则没有光线熄灭。 劳伦斯描述了这种三部分装置的单向动作,称为法拉第隔离器,类似于在两扇门之间移动人行道,人行道起到磁场的作用。即使你试图从最后一扇门向后走,人行道通常会阻止你到达第一扇门。 为了产生足够强的光偏振旋转,这些二极管必须相对较大 - 太大而不适合消费者的计算机或智能手机。作为替代方案,Dionne和Lawrence提出了一种使用另一种光束而不是磁场在晶体中创建旋转的方法。该光束被极化,使得其电场呈现螺旋运动,进而在晶体中产生旋转的声振动,使其具有类似磁性的旋转能力并使更多的光能够射出。为了使结构既小又高效,Dionne实验室依靠其在微小纳米天线和称为表面的纳米结构材料来操纵和放大光的专业知识。 研究人员设计了一系列超薄硅片,它们成对工作以捕获光线并增强其螺旋运动,直到它找到出路。这导致向前方向的高传输。当向后方向照明时,声振动在相反方向旋转并帮助抵消任何试图退出的光。从理论上讲,这个系统的规模有多小是没有限制的。对于他们的模拟,他们想象的结构薄到250纳米。。亚洲城ca88手机版编辑报道
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