Den tekniska utvecklingen står inför ett paradigmskifte där traditionella elektriska strömmar, vilka genererar värme och saktar ner prestandan, är på väg att ersättas av fotoner. Genom att låta datorer kommunicera med ljus istället för elektricitet kan bearbetningshastigheter öka dramatiskt samtidigt som energibehoven minskar över allt från smartphones till massiva datacenter. Två banbrytande framsteg inom nanolaserteknik för nu denna vision närmare verkligheten.
Ytemitterande Nanolaser med Volframdiselenid
Forskare vid Korea University, ledda av professor Hong-Gyu Park, har utvecklat en ytemitterande nanolaser som fungerar i rumstemperatur. Enheten är designad för att endast vara några mikrometer i storlek och använder ett monolager av volframdiselenid (WSe2). Detta material är integrerat med en mikrodiskkavitet för att uppnå kontinuerlig våg-lasing (CW-lasing) med en låg tröskeleffekt.
Syftet med denna specifika nanolaser är att den ska integreras i kiselchip för att underlätta optiska sammankopplingar, höghastighetsdatabehandling och kvantkommunikation. Genom denna teknik kan traditionella kopparledningar helt ersättas med ljusbaserad överföring.
Nanokaviteter och Halverad Energiförbrukning
Ett annat avgörande genombrott, beskrivet i den vetenskapliga tidskriften Science Advances, kommer från Technical University of Denmark (DTU). I universitetets renrumsanläggning, DTU Nanolab, har en ultrakompakt nanolaser byggts som utmanar långvariga antaganden om hur små lasrar faktiskt kan vara. Enheten förlitar sig på en ljusfångande struktur känd som en nanokavitet, vars design ursprungligen utvecklades av professor Ole Sigmunds grupp vid DTU Construct.
Denna nanokavitet koncentrerar ljus till ett extremt litet utrymme som en gång ansågs ouppnåeligt. När enheten aktiveras med en ljusstråle stängs både ljus och elektroner in i denna lilla region. Detta tillåter lasern att fungera i rumstemperatur samtidigt som den använder mycket lite energi. Forskaren Mørk uppskattar att denna teknik kan minska datorers energiförbrukning med ungefär hälften.
Tusentals Ljuskällor på ett Enda Mikrochip
Framtida kiselchip förväntas kräva tusentals kompakta och energieffektiva ljuskällor för att överföra signaler internt. Den nanolaser som utvecklats vid DTU är tillräckligt liten för att bäddas in i tusentals exemplar på ett enda mikrochip.
Tillsammans visar innovationerna från Korea University och DTU hur ljusbaserad överföring i mikroskala kan transformera hur data rör sig inuti mikrochip. Genom att ersätta elektriska signaler med fotoner skapas en grund för framtidens datorarkitektur, där optiska sammankopplingar möjliggör oöverträffad hastighet och effektivitet utan de värmeförluster som begränsar dagens teknik.