وقتی نور جای برق را می‌گیرد!

پژوهشگران ” پوهنتون استنفورد ” سعی دارند برای افزایش سرعت کمپیوترها، نوعی دیود ارائه دهند که در آن به جای برق از نور استفاده می‌شود.

به نقل از ویب سایت رسمی پوهنتون استنفورد، پژوهشگران سعی دارند نوعی دیود در مقیاس نانو طراحی کنند که بتواند امکان دستیابی به رایانه‌های سریع‌تر و کارآمدتر را فراهم کند و همچنین به جای برق، نور را به کار ببرد.

شاید آینده پردازش اطلاعات، بیش از برق به نور وابسته باشد. “مارک لارنس”(Mark Lawrence)، پژوهشگر مهندسی و علوم پوهنتون استنفورد مواد ، گامی دیگر به سوی این آینده برداشته است.

لارنس و گروهش، طرحی برای یک دیود فوتونی ارائه داده‌اند که می‌توان امکان جریان یافتن نور را در یک جهت فراهم کند و برخلاف دیودهای دیگر، آنقدر کوچک است که در تجهیزات برقی جای می‌گیرد.

هدف لارنس، طراحی ساختارهای کوچکتر از اندازه میکروسکوپی بود.

“جنیفر دیون”(Jennifer Dionne)، استادیار مهندسی و علوم مواد پوهنتون استنفورد گفت: دیودها در تجهیزات برقی جدیدی مانند لامپ‌های LED و سلول‌های خورشیدی، همیشه وجود دارند و به مدارهایی برای محاسبات و ارتباط مجهز هستند.

در اختیار داشتن دیودهای فوتونی کارآمد، نقش مهمی در رسیدن به نسل آینده فنآوری‌های مربوط به محاسبات، ارتباط و حتی مصرف انرژی خواهد داشت.

دیون و لارنس برای رسیدن به این هدف، یک دیود فوتونی جدید طراحی کردند و آن را با شبیه‌ سازی‌ها و محاسبات کمپیوتری مورد بررسی قرار دادند.

آنها نانوساختارهایی نیز ایجاد کردند که از ذرات میکروسکوپی هم کوچکتر هستند و امیدوارند آنها را به مرحله تولید برسانند.

لارنس افزود: یکی از اهداف ما این است که یک کمپیوتر تمام نوری داشته باشیم که در آن، برق جای خود را به طور کامل به نور می‌دهد و فوتون‌ها، همه کار پردازش اطلاعات را انجام می‌دهند.

افزایش سرعت و پهنای باند نور می‌تواند راه حل‌های دقیق‌تری برای برخی از دشوارترین مشکلات علمی، ریاضی و اقتصادی ارائه دهد.

چرخش نور، شکستن قوانین

چالش‌های اصلی در مورد یک دیود مبتنی بر نور، در دو گروه قرار می‌گیرند.

نخستین مورد این است که نور باید از میان یک شیء به سمت جلو حرکت ‌کند و هیچ بخش متحرک دیگری وجود ندارد که بتواند آن را به عقب بازگرداند؛ در نتیجه برای قرار دادن نور در یک جهت، باید از مواد جدیدی استفاده شود و دوم این که مدیریت کردن نور، بسیار دشوارتر از برق است.

لارنس ادامه داد: حرکت نور در یک جهت، مانند قرار گرفتن یک پیاده‌ روی متحرک میان دو در است.

پیاده‌رو در این مثال، نقش دامنه مغناطیسی را دارد. حتی اگر فردی بخواهد به سمت عقب حرکت کند و به طرف در برود، پیاده‌روی متحرک مانع این کار خواهد شد.

دیودها برای تولید چرخش کافی قطبش نور، باید نسبتا بزرگ باشند؛ آن قدر بزرگ که در کمپیوترها یا تلیفون‌های همراه هوشمند به کار روند. دیون و لارنس تلاش کردند تا جایگزینی ارائه دهند و راهی پیدا کنند تا بتوان برای تولید چرخش، به جای دامنه مغناطیسی از پرتو نور استفاده کرد.

پژوهشگران برای ارائه ساختارهای کوچک و کارآمد، تلاش کردند تا نور را در نانوساختارهایی موسوم به “متاسطح”(metasurface) به کار ببرند.آنها صفحات سیلیکونی مافوق باریکی طراحی کردند که می‌توان از آنها برای محبوس کردن نور استفاده کرد.

نور در کمپیوتر

به نوشته ایسنا،پژوهشگران باور دارند که این ایده‌ها، بر پیشرفت کمپیوترهای شبیه به مغز انسان موسوم به “کمپیوترهای نورومورفیک”(neuromorphic computers) نیز موثر خواهند بود. رسیدن به این هدف، در گرو پیشرفت بیشتر عناصر مبتنی بر نور است.

دیون افزود: ابزار نانوفوتونیک ما می‌توانند امکان تقلید نحوه محاسبات نورون‌ها را فراهم کنند و با تقیلد از اتصالات و کارایی مغز، به محاسبات سرعت ببخشند.

لارنس ادامه داد: ما می‌توانیم این ایده را در حوزه‌های بسیاری به کار ببریم و شاید روزی بتوانیم یک تراشه نوری را بر اساس این ایده ارائه دهیم که بتوان از آن در همه تجهیزات الکترونیکی استفاده کرد.

این پژوهش، در مجله “Nature Communications” به چاپ رسید.