低碳股票:斯坦福大学工程学院(Stanford's School of Engineering)一个小组演示了一种超快纳米发光二极管(LED),功耗大大低于今天基于激光的系统,而传输数据极快,速度为每秒10亿比特。研究人员说,这向前迈出了重要一步,可提供实用超快低功耗光源,用于芯片数据传输。
斯坦福大学的伊莲娜•吴克维克(Jelena Vuckovic)是电气工程副教授,而加里•沙姆巴特(Gary Shambat)是电气工程博士生,他们发布这种设备,研究论文发表在《自然•通讯》(Nature Communications)杂志。
低碳股票:今年早些时候,吴克维克制成一种纳米级激光器,同样高效快速,但这种设备的操作温度只能低于150开氏度,大约零下190华氏度,这就使它不能进行实际商用。这种新器件在室温下运行,因此,代表着重要一步,可制成一代计算机芯片。
“低功耗、电控光源是很重要的,可用于下一代光学系统,以满足计算机行业日益增长的能源需求,”吴克维克说。“这极大地推动我们走向这个方向。”
单模光
这里所说的发光二极管是一种“单模发光二极管”,这是一种特殊类型的二极管,它发出的光,或多或少都是单一波长,类似激光。
低碳股票:沙姆巴特说:“传统上,工程师们认为,只有激光通信具有高数据速率和超低功耗。我们的纳米光子、单模发光二极管可以完成所有相同的任务,类似激光器,但功率低得多。”
纳米光子学是这项技术的关键。在他们设备的中心,工程师插入很小的群岛状发光材料砷化铟(indium arsenide),施加电脉冲时,会产生光。这些“量子点”四周都是光子晶体,就是半导体上蚀刻出的微孔阵列。光子晶体可作为一面镜子,把光线反射到设备中心,并限制在发光二极管内,迫使光线以单一频率谐振。
“换言之,它就成为单一模式,”沙姆巴特说。
“如果没有这些纳米光子成分,就是这些量子点和光子晶体,就不可能使发光二极管高效、单模,同时又快速,”吴克维克说。
低碳股票:工程别出心裁
新设备也包含一点工程独创。现有设备实际上是两个设备,一个激光器再加上一个外部调制器。这两个设备都费电。吴克维克的二极管把光传输和调制功能集成到一台设备中,大大降低了能耗。
用科技行话说,这种新的发光二极管设备传输数据,平均每比特数据耗电0.25毫焦耳。相比之下,今天典型的低功率激光设备,约需要500毫焦耳传输相同比特。
吴克维克说:“对比现今使用的最佳设备,我们的设备提高能效约2,000倍以上。”
斯坦福大学教授詹姆斯S •哈里斯(James S. Harris),前博士研究生布赖恩•埃利斯(Bryan Ellis)和博士生阿尔卡•马宗达(Majumdar),简安•皮特基威克斯(Jan Petykiewicz)和托马斯•萨米恩托(Tomas Sarmiento)也参与了这项研究。