Los procesadores de computadora convencionales prácticamente han maximizado sus "velocidades de reloj" (una medida de qué tan rápido pueden activarse y desactivarse) debido a las limitaciones de la conmutación electrónica. Los científicos que buscan mejorar los procesadores de las computadoras se han sentido intrigados por el potencial de la conmutación totalmente óptica, que utiliza luz en lugar de electricidad para controlar cómo se procesan y almacenan los datos en un chip.
Investigadores del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) y la Universidad Purdue han creado recientemente un nuevo tipo de interruptor totalmente óptico que podría aprovechar este potencial.
"Las iteraciones anteriores de interruptores ópticos tenían tiempos de conmutación fijos que estaban 'integrados' en el dispositivo durante su fabricación", dijo Soham Saha de Argonne, uno de los becarios postdoctorales Maria Goeppert Mayer del laboratorio que trabaja en el Centro Argonne para Materiales a Nanoescala, un Instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE.
Saha y sus colegas han fabricado un interruptor óptico con dos materiales diferentes, cada uno con un tiempo de conmutación diferente. Un material, el óxido de zinc dopado con aluminio, tiene un tiempo de conmutación en el rango de los picosegundos, mientras que el otro material, el nitruro de titanio plasmónico, tiene un tiempo de conmutación más de cien veces más lento, en el rango de los nanosegundos.
"Cuando se utilizan componentes ópticos en lugar de circuitos electrónicos, no hay retrasos resistivos-capacitivos, lo que significa que, en teoría, estos chips podrían funcionar mil veces más rápido que los chips de computadora convencionales", dijo Saha.
La diferencia en los tiempos de conmutación entre los dos componentes metálicos significa que el conmutador puede ser más flexible y transmitir datos rápidamente mientras los almacena de manera efectiva, según Saha. "La naturaleza bimetálica del interruptor significa que puede usarse para múltiples propósitos dependiendo de la longitud de onda de la luz que se utilice", dijo. "Cuando desea aplicaciones más lentas, como almacenamiento de memoria, cambia con un material; para aplicaciones más rápidas, cambia con el otro. Esta capacidad es nueva".
En la configuración experimental, los materiales del interruptor funcionan como absorbentes de luz o reflectores, dependiendo de la longitud de onda de operación. Cuando se encienden con un haz de luz, cambian de estado.
Controlar la velocidad de los interruptores totalmente ópticos es crucial para optimizar su rendimiento en diversas aplicaciones. Estos hallazgos son prometedores para el desarrollo de conmutadores altamente adaptables y eficientes en campos como la comunicación mejorada por fibra óptica, la computación óptica y la ciencia ultrarrápida.
La capacidad de ajustar las velocidades de los interruptores también nos acerca a cerrar la brecha entre las comunicaciones ópticas y electrónicas, permitiendo una transmisión de datos más rápida y eficiente.
Esta investigación proporciona información valiosa sobre la comprensión fundamental de los conmutadores totalmente ópticos y allana el camino para el diseño de dispositivos avanzados para informática y telecomunicaciones.
Un artículo basado en la investigación, "Ingeniería de la dinámica temporal de conmutación totalmente óptica con materiales rápidos y lentos", se publica en Nature Communications. .
Más información: Soham Saha et al, Ingeniería de la dinámica temporal de la conmutación totalmente óptica con materiales rápidos y lentos, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-41377-5
Información de la revista: Comunicaciones sobre la naturaleza
Proporcionado por el Laboratorio Nacional Argonne
