Углеродные нанотрубки стали основой гибридных логических элементов, обрабатывающих одновременно электрические и оптические сигналы

Ученые и инженеры, пытающиеся повысить скорости обмена информацией между компьютерными чипами и даже отдельными частями одного и того же чипа, давно пытаются заменить металлические электрические проводники волноводами и другими оптоэлектронными компонентами, с помощью которых данные будут передаваться при помощи импульсов света. А недавно, исследователи из Северо-восточного университета (Northeastern University) в Бостоне создали то, что не только позволит повысить скорости передачи данных. При помощи разработанных ими оптоэлектронных устройств импульсы света можно будет задействовать для организации оптической обработки информации, которая станет основой будущих оптических вычислительных систем.

Ученый-физик Свастик Кэр (Swastik Kar) и инженер-механик Юнг Джун Юнг (Yung Joon Jung), проводя некоторые исследования, обнаружили, что при помещении углеродных нанотрубок на поверхность кремниевой подложки в месте контакта этих двух материалов возникает область, чрезвычайно чувствительная к свету. Фокусировка света лазера на этой области приводит к резкому повышению электрического тока, индуцированного потоком света. Такое необычное поведение материалов позволило ученым создать на базе кремния и углеродных нанотрубок простейшие логические схемы, функциями которых можно управлять как электрическим, так и оптическим способами.

“То, что нам удалось создать, является крошечными электронными устройствами, у которых одни информационные входы могут быть чисто электрическими, а другие – чисто оптическими” – рассказывает Свастик Кэр.

Создание и выращивание углеродных нанотрубок, которые станут элементами будущей схемы, производится в жидкой среде, а процесс осаждения нанотрубок на поверхность кремния производится при помощи специального шаблона, технология применения которого совместима с существующей технологией производства полупроводниковых CMOS-чипов. Процесс является масштабируемым и при его помощи можно наладить выпуск большого количества микросхем, основанных на новых принципах функционирования.

Используя разработанный метод, исследователи изготовили оптоэлектронные аналоги логических элементов AND, ADDER/OR и других базовых элементов. Кроме этого, им удалось даже создать оптоэлектронный четырехбитный цифроаналоговый преобразователь, сила выходного электрического тока которого напрямую зависит от цифрового кода, задаваемого комбинацией лучей света лазера.

Использование света для передачи информации внутри и за пределы чипа уже само по себе должно обеспечить ускорение работы вычислительных устройств, использующих преимущества вышеописанной технологии. А если добавить к этому еще и возможности обработки оптической информации, то прирост производительности таких чипов может быть увеличен еще в несколько раз. К сожалению, исследователи еще не могут назвать никаких точных цифр поскольку их работа является только первым шагом на пути к созданию чипов нового поколения, использующих одновременно возможности электронных и оптических вычислительных узлов.