Illinoisin yliopiston tutkijat ovat osoittaneet, että ääniaaltoja voidaan käyttää mikropiireille sopivien optisten diodien tuottamiseksi. Isolaattorit eli suuntavaimentimet ovat yksisuuntaisia rakenteita, jotka vastaavat elektronisia diodeja. Ne suojaavat laserlähteitä heijastuksista ja ovat välttämättömiä valosignaalien reitittämiseksi optisissa verkoissa.
Nykyisin näissä joudutaan turvautumaan magneettisiin materiaaleihin, jotka eivät sovi mikrosiruille. Tutkijoiden kehittämä uusi rakenne on vain 200 x 100 mikronin kokoinen – tämä on noin neliösentin kymmenestuhannesosa - ja valmistettu valoa läpäisevästä alumiininitridistä. Pietsosähköisesti tuotetut ääniaallot pakottavat valon kulkemaan vain yhteen suuntaan.
Arkielämässä emme näe valojen vuorovaikutusta äänen kanssa mutta tutkimuksessa havaittiin, että valo ja ääni ovat vuorovaikutuksessa hyvin hienovaraisella tavalla. Näin tekniikka tuottaa ei-vastavuoroisen modulaattorin (taajuussiirtyvä isolaattori) epäsuoran kaistojen välisen sironnan avulla.
Oregonin valtionyliopiston tutkijat ovat puolestaan suunnitelleet ja valmistaneet maailman pienimmän ja vähiten energiaa kuluttavan sähköoptisen modulaattorin.
Sähköoptinen modulaattori on avainasemassa kuituoptisissa verkoissa. Aivan kuten transistori on sähköisten signaalien kytkin, sähköoptinen modulaattori on optisten signaalien kytkin.
Uusi modulaattori on kymmenen kertaa pienempi ja voi olla sata kertaa energiatehokkaampi kuin parhaat aikaisemmat laitteet. Se on suurin piirtein bakteerin kokoa eli noin 0,6 x 8 mikronin kokoinen.
Keksinnössään tutkijat tukeutuivat myös Oregon Statessa kehitettyyn läpinäkyvään johtavaan oksidimateriaaliin. Rakenteessa hyödynnetään läpinäkyvää johtavaa oksidiporttia tyypillisen metalliportin sijasta yhdistämään puolijohtava metallioksidikondensaattori ja ultrapienikokoinen fotonikide nanokaviteetin eli onkalon kanssa.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 31.1.2018
