Oxfordin yliopiston Harish Bhaskaranin tutkimusryhmän jäsenet ovat kehittäneet ensimmäisen integroidun nanomittakaavan piirirakenteen, joka voidaan ohjelmoida joko fotoneilla tai elektroneilla. Innovaatio saatiin aikaan yhteistyössä Münsterin ja Exeterin yliopistojen tutkijoiden kanssa. Sähköoptinen piiri tarjoaa tyylikkään ratkaisun nopeampien ja energiatehokkaampien muistien ja prosessorien aikaansaamiseen. Laskenta valon nopeudella on ollut houkutteleva tavoite, mutta vaikea toteuttaa. Uuden innovaation myötä tavoite on nyt konkretisoitumassa.
Vaikka viime aikoina valon käyttö tietyissä prosesseissa on osoitettu kokeellisesti, kompakti piiritekniikka perinteisten tietokoneiden elektroniseen arkkitehtuurin rajapintaan puuttuu. Sähkö- ja valopohjaisen tietojenkäsittelyn yhteensopimattomuus johtuu pääasiassa erilaisista vuorovaikutuksista, joilla elektronit ja fotonit toimivat. Elektronisten piirien on oltava pieniä toimiakseen tehokkaasti, kun taas optisten sirujen on oltava suuria, koska valon aallonpituus on suurempi kuin elektronien.
Tämän ongelman ratkaisemiseksi tutkijat keksivät ratkaisun valon rajoittamiseksi nanomittoihin. Ideaa on esitelty esimerkiksi julkaisussa Plasmonic nanogap enhanced phase change devices with dual electrical-optical functionality, joka julkaistiin Science Advances -lehdessä viime kuussa.
Tutkijoiden kehittämä rakenne mahdollistaa se, että valo voidaan puristaa nanokokoiseen tilavuuteen pintaplasmonipolaritonin kautta. Dramaattinen koon pienentäminen yhdessä merkittävästi lisääntyneen energiatiheyden kanssa avaa mahdollisuuden siihen, että fotonien ja elektronien ilmeinen yhteensopimattomuus datan tallennusta ja laskentaa varten voidaan ylittää.
Työssä osoitettiin, että joko sähköisillä tai optisilla signaaleilla valo- ja sähköherkän materiaalin tila muuttui kahden eri molekyylijärjestyksen välillä. Lisäksi tämän faasimuunnosmateriaalin (PCM) tila luettiin joko valolla tai elektroniikalla, jolloin laitteesta tehtiin ensimmäinen nanomittakaavainen muistisolu, jolla on haihtumattomat ominaisuudet.
- Tämä on erittäin lupaava tie eteenpäin laskennassa ja etenkin aloilla, joilla tarvitaan korkeaa käsittelytehokkuutta, toteaa jatko-opiskelija Nikolaos Farmakidis. Toisen kirjoittajan Nathan Youngbloodin mukaan sähköptinen piiri on avain seuraavaan vaiheeseen CMOS-tekniikoissa.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 10.12.2019
