Ερευνητές δημιούργησαν ένα υπερ-συμπαγές νανολέιζερ που θα μπορούσε να μεταμορφώσει τον τρόπο με τον οποίο μεταφέρεται η πληροφορία μέσα στα μικροτσίπ αντικαθιστώντας τα ηλεκτρικά σήματα με φως.
Η ιδέα οι υπολογιστές να επικοινωνούν με φως αντί για ηλεκτρισμό πλησιάζει όλο και περισσότερο στην πραγματικότητα, χάρη σε ένα πρωτοποριακό νανολέιζερ που αναπτύχθηκε στο Τεχνικό Πανεπιστήμιο της Δανίας (DTU).
Όπως περιγράφεται στο Science Advances, η συσκευή είναι τόσο μικρή ώστε μπορεί να ενσωματωθεί κατά χιλιάδες σε ένα μόνο μικροτσίπ. Αντί να βασίζεται σε ηλεκτρικά ρεύματα που παράγουν θερμότητα και μειώνουν την απόδοση αυτά τα νανολέιζερ μπορούν να μεταδίδουν πληροφορία μέσω φωτονίων. Αυτή η αλλαγή θα μπορούσε να αυξήσει δραματικά τις ταχύτητες επεξεργασίας, ενώ παράλληλα θα μειώσει τις ενεργειακές απαιτήσεις σε συσκευές από smartphones έως τεράστια κέντρα δεδομένων.
«Το νανολέιζερ ανοίγει τον δρόμο για μια νέα γενιά εξαρτημάτων που συνδυάζουν υψηλή απόδοση με εξαιρετικά μικρό μέγεθος. Αυτό μπορεί να εφαρμοστεί στην πληροφορική όπου μικροσκοπικά και ενεργειακά αποδοτικά λέιζερ μπορούν να μειώσουν την κατανάλωση ενέργειας στους υπολογιστές αλλά και στην ανάπτυξη αισθητήρων για τον τομέα της υγείας όπου η εξαιρετικά συγκεντρωμένη δέσμη φωτός μπορεί να προσφέρει εικόνες υψηλής ανάλυσης και υπερευαίσθητους βιοαισθητήρες» δήλωσε ο καθηγητής του DTU Τζέσπερ Μορκ.
Μείωση της κατανάλωσης ενέργειας στους υπολογιστές
Παρόλο που το Διαδίκτυο χρησιμοποιεί ήδη φως για τη μεταφορά δεδομένων μέσω οπτικών ινών οι υπολογιστές εξακολουθούν να βασίζονται σε ηλεκτρικά σήματα στα εσωτερικά τους κυκλώματα. Αυτό δημιουργεί θερμότητα και περιορίζει την απόδοση.
Η ενσωμάτωση νανολέιζερ απευθείας στα τσιπ θα μπορούσε να λύσει αυτά τα προβλήματα, επιτρέποντας ταχύτερη μεταφορά δεδομένων με ελάχιστες ενεργειακές απώλειες. Ο Μορκ εκτιμά ότι η τεχνολογία αυτή θα μπορούσε να μειώσει την κατανάλωση ενέργειας των υπολογιστών περίπου στο μισό. Το νανολέιζερ του DTU έχει σχεδιαστεί ακριβώς για αυτόν τον ρόλο καθώς τα μελλοντικά τσιπ αναμένεται να χρειάζονται χιλιάδες μικρές, αποδοτικές πηγές φωτός για εσωτερική επικοινωνία.
Μια τεχνολογική καινοτομία
Κατασκευασμένο εργαστήριο νανοτεχνολογίας του DTU το σύστημα αμφισβητεί παλιές παραδοχές σχετικά με το πόσο μικρά μπορούν να γίνουν τα λέιζερ. Βασίζεται σε μια δομή παγίδευσης φωτός γνωστή ως «νανοκοιλότητα» η οποία συγκεντρώνει το φως σε έναν εξαιρετικά μικρό χώρο κάτι που παλαιότερα θεωρούνταν αδύνατο.
Όταν ενεργοποιείται με μια δέσμη φωτόςτο φως και τα ηλεκτρόνια περιορίζονται σε αυτή τη μικροσκοπική περιοχή και το λέιζερ λειτουργεί σε θερμοκρασία δωματίου ενώ καταναλώνει ελάχιστη ενέργεια. Ταχύτερη φιλική στο περιβάλλον τεχνολογία και καλύτεροι αισθητήρες. Το επόμενο μεγάλο βήμα είναι να μπορέσει το νανολέιζερ να λειτουργεί με ηλεκτρική ενέργεια κάτι που παραμένει σημαντική ερευνητική πρόκληση.
Αν αυτό επιτευχθεί, οι επιπτώσεις θα είναι μεγάλες. Οι καταναλωτικές συσκευές θα γίνουν πιο ισχυρές και ενεργειακά αποδοτικές. Τα data centers θα μειώσουν την κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας και το περιβαλλοντικό τους αποτύπωμα. Στον τομέα της υγείας θα επιτρέψει εξαιρετικά ευαίσθητους αισθητήρες και πιο καθαρές απεικονίσεις. Οι ερευνητές εκτιμούν ότι τα τεχνικά εμπόδια που απομένουν μπορούν να ξεπεραστούν μέσα στα επόμενα 5 έως 10 χρόνια.
