Забудьте про кремниевые транзисторы: физики нашли способ производить микросхемы на световых магистралях
Световые сигналы научились двигаться по четырём соседним каналам, огибать резкие повороты и проходить через узкие участки без отражений и взаимных помех. Разработка китайских физиков может приблизить появление более компактных фотонных чипов, в которых почти весь объём материала участвует в передаче данных. Исследование провели Сяохань Цуй, Че Тин Чан и их коллеги из Гонконгского университета науки и технологий. Результаты работы опубликованы в журнале Nature.
Топологическая фотоника позволяет направлять свет только в одну сторону. Такой сигнал не отражается назад при встрече с дефектами, неровностями или поворотами, поэтому канал сохраняет устойчивость даже при несовершенной структуре материала.
Прежние системы создавали односторонний путь лишь на границе двух специально спроектированных топологических изоляторов. Внутренняя часть таких структур не пропускала свет и фактически занимала место без пользы для передачи информации. Из-за большой нерабочей области инженерам было сложно плотно размещать каналы на фотонных микросхемах.
Команда Цуя отказалась от отдельных изолирующих областей и построила волновод из магнитных стержней, расположенных в виде сотовой решётки. Подобранная геометрия разделяет электромагнитные волны на независимые долины, связанные с направлением распространения сигнала.
Каждая область свободно пропускает волну в одном направлении, но блокирует движение в обратную сторону. Исследователи расположили четыре области по замкнутой схеме, благодаря чему соседние каналы подавляли обратный поток друг друга. В результате получилась своеобразная четырёхполосная магистраль, где два сигнала двигались в одну сторону, а ещё два одновременно шли навстречу.
Физики проверили конструкцию с помощью микроволновых сигналов, несущих информацию. Волны проходили через резкие изгибы и узкие участки без заметного обратного рассеяния, а соседние каналы практически не влияли друг на друга. Одностороннее распространение сохранилось даже после намеренной деформации решётки.
Пока установка работает на микроволновых частотах. Для применения в оптических схемах учёным придётся уменьшить элементы конструкции и адаптировать платформу к гораздо более высоким частотам. Успех позволит создавать фотонные чипы без массивных неработающих прослоек и размещать больше независимых каналов передачи данных на той же площади.