Các kỹ sư tại Đại học Kỹ thuật Đan Mạch đã chế tạo nanolaser có thể thay đổi cách chip truyền thông tin, thay tín hiệu điện bằng ánh sáng.
Thiết bị được xây quanh một hốc nano giữ ánh sáng trong không gian cực nhỏ, thiết kế nhóm gọi là giam giữ điện môi cực đoan. Vì ánh sáng bị nén chặt, laser hoạt động ở nhiệt độ phòng và cần rất ít năng lượng. Kết quả được công bố trên tạp chí Science Advances.
Ánh sáng thay electron
Các bộ xử lý hiện đại truyền dữ liệu qua mạch đồng bằng dòng điện, gây lãng phí năng lượng dưới dạng nhiệt và chậm lại khi tín hiệu đi xa. Liên kết quang học đã kết nối máy chủ trong trung tâm dữ liệu, nhưng thu nhỏ chúng lên chip rất khó vì laser thường cần lớn hơn nhiều so với transistor xung quanh.
Thiết kế DTU phá giới hạn kích thước đó. Hàng nghìn laser có thể nằm trên một vi mạch, mỗi chiếc gửi photon qua ống dẫn sóng thay vì electron qua dây. 'Nanolaser mở ra khả năng tạo thế hệ linh kiện mới kết hợp hiệu năng cao với kích thước tối thiểu,' Giáo sư Jesper Mork, người dẫn dắt công trình, nói.
Tiết kiệm đến từ đâu
Mork ước tính dùng nanolaser trong máy tính có thể cắt năng lượng tiêu thụ tới một nửa. Lợi ích không đến từ một cải tiến mà từ nhiều thứ cùng lúc: ít nhiệt điện trở trong mạch, ít làm mát cần thiết trong trung tâm dữ liệu, và tốc độ truyền nhanh hơn giúp chip hoàn thành việc sớm hơn. Trung tâm dữ liệu đã tiêu thụ phần lớn và ngày càng tăng điện toàn cầu, nên lợi ích nhỏ nhân lên thành tiết kiệm lớn.
Nhóm chế tạo thiết bị trong phòng sạch DTU Nanolab. Vấn đề còn lại là nguồn điện. Laser hiện được điều khiển bằng quang học, và làm nó hoạt động với dòng điện là thách thức nghiên cứu tiếp theo. Mork nói bước đó có thể mất năm đến mười năm, và sẽ mở cửa cho máy tính quang trên chip.
Ngoài máy tính, nhà nghiên cứu thấy ứng dụng trong công nghệ y tế, nơi ánh sáng tập trung cho phép hình ảnh độ phân giải cao và cảm biến sinh học rất nhạy.