นักวิทยาศาสตร์ใช้ขั้นตอนวิธีปัญญาประดิษฐ์ออกแบบชิ้นส่วนสามอย่างสำหรับไมโครชิปโฟโตนิกที่เล็กกว่าแบบทั่วไปถึง 500 เท่า นักวิจัยอธิบายผลลัพธ์ว่า "เหนือสัญชาตญาณมนุษย์"
ชิปโฟโตนิกเคลื่อนย้ายและประมวลผลข้อมูลด้วยอนุภาคแสงแทนอิเล็กตรอน สามารถบรรทุกข้อมูลได้มากกว่าในความเร็วสูงกว่า และสูญเสียพลังงานเป็นความร้อนน้อยกว่า ทำให้มีประโยชน์สำหรับเครือข่ายไฟเบอร์ออปติก ศูนย์ข้อมูล ระบบปัญญาประดิษฐ์ ไลดาร์ และคอมพิวเตอร์ควอนตัม
แทนที่จะใช้ลวดโลหะ ชิปเหล่านี้ใช้ช่องขนาดไมโครเมตรที่เรียกว่าท่อนำคลื่นในการบังคับแสง ยังต้องใช้ตัวแยกความยาวคลื่น ตัวจัดเรียงโหมดเชิงพื้นที่ และกระจกเพื่อแยกและกำหนดทิศทางรูปแบบแสงภายในพื้นที่เพียงเศษเสี้ยวของความกว้างเส้นผมมนุษย์
ทำงานย้อนกลับเพื่อหาการออกแบบ
ทีมซึ่งนำโดยนักวิจัยที่สถาบันแมกซ์พลังก์เพื่อวิทยาศาสตร์แสงร่วมกับมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด บอกขั้นตอนวิธีว่าต้องการให้ชิ้นส่วนทำอะไรกับแสง และกำหนดข้อจำกัดการผลิต เช่น โครงสร้างนาโนโค้งได้sharpแค่ไหน จากนั้นขั้นตอนวิธีทำงานย้อนกลับ ทดสอบและปรับปรุงการออกแบบจนพบโครงสร้างที่บรรลุเป้าหมาย
"การออกแบบผกผันให้เรากำหนดว่าเราต้องการให้แสงทำอะไร และการหาค่าเหมาะที่สุดหาโครงสร้างที่ทำได้ ซึ่งมักเป็นสิ่งที่มนุษย์ไม่น่าจะวาด" โทบี บี ผู้เขียนคนแรกกล่าว เขาเสริมว่ากรอบงานเดียวกันจัดการสามงานบนชิปเดียว คือกำหนดเส้นทางแสงตามความยาวคลื่น จัดเรียงตามโหมดเชิงพื้นที่ และทำหน้าที่เป็นกระจกขนาดกะทัดรัดที่สร้างโพรงแสง
ชิ้นส่วนเล็กลง มีที่ว่างบนชิปมากขึ้น
กระจกยาวประมาณ 11 ไมโครเมตร สะท้อนแสงเข้ามาถึง 98.5% พร้อมปิดกั้นรูปแบบที่ไม่ต้องการ แสงสะท้อนไปมาระหว่างกระจกคู่หนึ่งมากกว่า 100 ครั้งก่อนหลุดออก ตัวแยกความยาวคลื่นมีขนาดประมาณแบคทีเรียตัวเดียว คือกว้างราว 5 ไมโครเมตร และตัวจัดเรียงโหมดใหญ่กว่าเล็กน้อย
ชิ้นส่วนทำจากซิลิคอนไนไตรด์หนาราว 400 ถึง 800 นาโนเมตร เทียบกับ 150 ถึง 400 นาโนเมตรสำหรับซิลิคอนมาตรฐาน ซึ่งลดการสูญเสียแสงและกักความยาวคลื่นได้แน่นขึ้น ผลการวิจัยตีพิมพ์ 28 พฤษภาคมใน Nature Communications
ทีมยังไม่ได้รวมชิ้นส่วนเป็นวงจรแสงแบบบูรณาการที่สมบูรณ์ การทำเช่นนั้นเป็นขั้นต่อไปสู่ชิปโฟโตนิกที่ใช้งานได้เต็มรูปแบบซึ่งใช้ประโยชน์จากความหนาแน่นชิ้นส่วนที่สูงขึ้นจากการออกแบบเหล่านี้
---
ข้อต่อหมุนสุญญากาศแบบเฟอร์โรฟลูอิดที่เชื่อถือได้สำหรับการผลิตเซมิคอนดักเตอร์
ในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ การรักษาความสมบูรณ์ของสุญญากาศสูงพิเศษระหว่างการหมุนเป็นสิ่งสำคัญ ตั้งแต่การเติบโตของผลึกซิลิคอนเดี่ยวและ CVD ไปจนถึงการสปัตเตอร์และการกัดพลาสมา ข้อต่อหมุนเพลาสุญญากาศแบบเฟอร์โรฟลูอิด จาก FerrofluidTec มอบข้อต่อหมุนที่ปิดผนึกแบบสุญญากาศพร้อมอัตราการรั่วไหลต่ำถึง 10⁻¹² Pa·m³·s⁻¹ ระดับสุญญากาศสูงถึง 10⁻⁶ Pa และเส้นผ่านศูนย์กลางเพลาที่ปรับแต่งได้ตั้งแต่ 10 มม. ถึง 100 มม. สร้างด้วยตัวเรือนสแตนเลสไม่แม่เหล็กและเพลาสแตนเลสซึมผ่านแม่เหล็กได้ ให้การปิดผนึกที่เชื่อถือได้และไม่ต้องบำรุงรักษาสำหรับสภาพสุญญากาศที่ต้องการสูง เยี่ยมชม www.ferrofluidtec.com เพื่อเรียนรู้เพิ่มเติม