Ще один крок до створення оптичного комп'ютера

У міру того, як традиційна технологія напівпровідників підходить до фізичних меж мініатюризації, дедалі актуальнішим стає завдання реалізації принципово нового підходу до створення обчислювальних платформ. Одним із найперспективніших є напрямок повністю оптичних систем, де замість руху електронів використовуються потоки фотонів.

Міжнародна команда дослідників з Байройтського та Мельбурнського університетів продемонструвала можливість реалізації оптично перемикаємих фотонних пристроїв, що дають змогу точно адресувати окремі блоки. Це дасть змогу надійно зберігати та зчитувати двійкову інформацію оптичним способом. Присвячена цьому досягненню стаття опублікована в журналі Advanced Optical Materials. 

До цієї команди увійшли колеги з Байройта - професор д-р Юрген Келер (Jürgen Köhler) і професор д-р Мукундан Телаккат (Mukundan Thelakkat) з групи прикладних функціональних полімерів, професор Пол Малвені (Paul Mulvaney) з Університету Мельбурна, а також молодші наукові співробітники д-р Хейоу Чжан (Heyou Zhang), Майкл Філіп (Michael Philipp) і д-р Панкадж Дхарпур (Pankaj Dharpure).

Вони змогли виконати сотні суто оптичних циклів читання, запису і стирання інформації на сітці з мікроструктурованих полімерних сфер, водночас літери алфавіту U, B, T писали послідовно на одному й тому самому місці мікроструктурованого масиву.

Варто зазначити, що світло надає більше можливостей для мультиплексування, ніж електрони. «У світлі для розрізнення сигналів можна використовувати не тільки силу сигналу (кількість фотонів), а й довжину хвилі (колір або частоту) або поляризацію (напрямок коливань)», - пояснює професор д-р Юрген Келер, завідувач кафедри спектроскопії м'яких матерій в Університеті Байройта. «У дуже віддаленому майбутньому це може стати основою для нових фотонних логічних затворів і мікрочипів».

У коментарі Юргена Келера йдеться про дуже віддалене майбутнє появи фотонних мікрочипів, Після короткого знайомства з деталями цього експерименту стає зрозуміло, чому вчений так налаштований. Річ у тім, що в описаному циклі перезапису кожен окремий крок займав кілька хвилин, а зразок висвітлювався через фотомаску. При цьому використовувалися методи конфокального підсвічування для багаторазового нанесення різних зображень протягом декількох секунд на поверхню, що складається з фотоперемикаючої неорганічно-органічної гібридної системи. Однак, оскільки логічні схеми вимагають об'єднання, а це, своєю чергою, вимагає, щоб світло від одного джерела керувало та маніпулювало світлом від іншого джерела, точне розташування елементів, що перемикаються, відносно один одного має вирішальне значення. Для цього необхідні поверхні з активним малюнком для управління просторовим розташуванням фотоперемикальних блоків.

Дослідники розповідають, що як перший крок на шляху до цієї мети було продемонстровано, що мікровузорчасті масиви полімерних кульок, навантажених фотохромними молекулами, можна підготувати та вибірково обробити для нанесення інформації. Також було з'ясовано взаємодію зовнішніх стимулів, як-от інтенсивність освітлення і час освітлення для запису, читання і стирання інформації, щоб досягти оптимального контрасту і мінімальних перехресних перешкод. Прикладом функціональності такого підходу може слугувати послідовне написання, зчитування і стирання літер алфавіту на одних і тих самих 25 полімерних кульках, розташованих у матриці розміром 5 мкм × 5 мкм, що займає всього кілька секунд на кожен крок. Використовуючи велику різноманітність похідних фотохромних молекул, можна створювати варіації довжин хвиль випромінювання для певних фотонних одиниць. Це забезпечує спектральну селективність як додатковий параметр. У поєднанні з сучасними методами патернінгу це відкриває шлях до об'єднання декількох фотонних блоків для створення взаємопов'язаних фотонних логічних затворів. Таким чином, отримані результати демонструють, що фотохромізм може бути використаний для виконання логічних функцій з використанням фотонів як носіїв сигналу.