Un reinventado Una fuente láser de bajo costo que almacena energía de luz dentro de discos a nanoescala podría respaldar el desarrollo de neurocomputadoras ópticas. revela un estudio de simulación dirigido por investigadores de KAUST.

Dispositivos fotónicos que utilizan pulsos de láser controlados para manipular interruptores de datos, Los implantes biomédicos y las células solares son buscados porque son ultrarrápidos en comparación con la electrónica tradicional; sin embargo, los prototipos actuales no se han comercializado debido a la dificultad de fabricar láseres lo suficientemente pequeños como para caber en placas de circuitos de computadora, al mismo tiempo que conserva las capacidades de modelado de pulsos.

"El desafío de reducir una fuente óptica a la nanoescala es que comienza a emitir energía con fuerza en todas las direcciones, "explicó Andrea Fratalocchi, un profesor asociado de ingeniería eléctrica. "Esto hace que sea casi imposible de controlar".

Una asociación con el grupo de Yuri Kivshar en la Universidad Nacional de Australia reveló caminos para superar los límites de difracción óptica con láseres anapolares no convencionales. Al estar hecho de semiconductores con forma de nanodiscos de tamaño preciso, Los anopolos responden a la estimulación de la luz produciendo ondas electromagnéticas que irradian o rotan en distribuciones toroidales en forma de rosquilla.

A frecuencias de excitación específicas, la interferencia entre los dos campos produce un estado, el anapolo, que no emite energía en ninguna dirección y atrapa la luz dentro del nanodisco.

"Puedes pensar en este láser como un tanque de energía; una vez que el láser está encendido, almacena luz y no la suelta hasta que quieras recogerla, "dijo Fratalocchi.

Para desbloquear el potencial de esta nueva fuente de luz, el equipo de KAUST simuló varias arquitecturas de ingeniería utilizando algoritmos cuánticos.

Estos cálculos, junto con una integración mejorada de microchip y miles de mejoras en el acoplamiento a enrutadores ópticos, predicen que los nanoláseres anapolares pueden generar pulsos de luz ultrarrápidos que son especialmente adecuados para estudiar patrones naturales de señalización y conexiones neuronales.

Fratalocchi señala que los nanoláseres parecerían invisibles para un observador hasta que los perturbe un objeto cercano. Como consecuencia, organizar las fuentes de luz cilíndricas en un bucle podría usarse para producir una reacción en cadena de emisiones de luz, sintonizable hasta tiempos de pulso tan pequeños como femtosegundos.

"Es como una población de luciérnagas, donde los individuos sincronizan sus emisiones en hermosos patrones, ", explicó" Cuando colocamos los nanoláseres juntos, podemos obtener un control similar sobre los pulsos ".

Los modelos del equipo sugieren que la integración de diferentes bucles de nanoláseres anapolares puede producir oscilaciones, patrones dinámicos útiles para reproducir actividades similares al cerebro, como el aprendizaje automático y la recuperación de memoria a bajo costo porque la plataforma solo necesita obleas de silicio económicas para funcionar.