Ученые разработали оптический переключатель на основе кремния, который почти не требует энергии для работы. Исследование опубликовано в журнале Nature Nanotechnology.
Новое устройство управляет светом с помощью материала с фазовым переходом и графенового нагревателя. Тонкий слой атомов углерода снижает потери энергии до 70 раз по сравнению с популярными устройствами из легированного кремния.
Традиционные кремниевые фотонные переключатели настраиваются с помощью теплового эффекта. Под воздействием тепла изменяются оптические свойства материала переключателя, что приводит к изменению пути прохождения света. Для выработки тепла в таких устройствах обычно пропускают электрический ток через металл или полупроводник. Эта технология требует огромного количества энергии, отмечают авторы.
В своей работе ученые использовали нелетучий материал с фазовым переходом. Такой материал трансформируется при кратковременном нагревании и остается в этом состоянии до тех пор, пока не получит очередной тепловой импульс, после чего возвращается в исходное состояние. Это избавляет от необходимости поддерживать натяжение для сохранения желаемой формы.
Кроме того, разработчики использовали нелегированный кремний толщиной 220 нм для распространения света и вставили слой графена между кремнием и материалом с фазовым переходом для проведения электричества. Эта конструкция устраняет потери энергии, направляя все тепло, выделяемое графеном, на изменение материала с фазовым переходом.
Результаты исследования показали, что плотность энергии переключения данной установки составляет всего 8,7 аДж/нм3. Это примерно в 70 раз меньше, чем требуется обычным устройствам, использующим легированный кремний для нагрева материала.
— По сравнению с тем, что в настоящее время используется в центрах обработки данных для питания фотонных схем, эта технология значительно снизит энергопотребление центров обработки данных, сделав их более устойчивыми и экологически чистыми, — Арка Маджумдар, исследователь и соавтор статьи из Вашингтонского университета.
Дата-центры — неотъемлемая часть современной реальности. Они потребляют огромное количество энергии при передаче данных между серверами в центре. Одним из способов снижения затрат на электроэнергию является использование света для передачи информации с помощью оптических переключателей с электрическим приводом, которые контролируют поток света.
Подписывайтесь на «Гродно 24» в Дзен Новости и на наш канал в Дзен