Os pesquisadores da Vanderbilt desenvolveram a próxima geração de transmissão de dados ultrarrápida que pode tornar possível tornar a computação de alto desempenho "sob demanda". A tecnologia soluciona os gargalos nos fluxos de dados usando um guia de onda híbrido de dióxido de silício-vanádio que pode ligar e desligar a luz em menos de um trilionésimo de segundo.

O artigo, "Sub ‐ Picosegond Response Time of a Hybrid VO2:Silicon Waveguide at 1550 nm" foi publicado no jornal Materiais Óticos Avançados em 4 de dezembro.

Colaboradores Sharon Weiss, Cornelius Vanderbilt Chair e professor de engenharia elétrica, física, e ciência e engenharia de materiais, e Richard Haglund, Stevenson Professor de Física, são os primeiros a demonstrar que pode ser possível atingir taxas de dados superiores a um terabit por segundo em um único canal. Eles criaram um chip de silício híbrido incluindo uma pequena quantidade de dióxido de vanádio - um material de mudança de fase de comutação ultrarrápida - para estender as capacidades da fotônica de silício.

Os pulsos de luz foram injetados em um guia de onda de silício e foram seletivamente desligados quando outro pulso de luz atingiu o dióxido de vanádio. A notável velocidade com que os pulsos de luz foram desligados e depois reativados é uma consequência das propriedades do dióxido de vanádio e do tempo de duração em que os dois pulsos de laser interagem com o dióxido de vanádio. Os guias de onda de silício foram fabricados no Center for Nanophase Materials Sciences no Oak Ridge National Laboratory como parte do Programa do Usuário patrocinado pelo Departamento de Energia. A incorporação do dióxido de vanádio foi realizada no Vanderbilt Institute of Nanoscale Science and Engineering.

"Nossa colaboração de longo prazo - desencadeada por uma conversa entre dois alunos de pós-graduação na sala limpa VINSE - resultou na demonstração de comutação óptica ultrarrápida usando um guia de onda de silício, "disse Weiss, também diretor da VINSE. "Isso significa que podemos acender e apagar a luz muito rapidamente enquanto ela está viajando em uma rodovia da informação menor do que a espessura do seu cabelo, que é feito do mesmo material dentro de computadores e telefones celulares."

A fotônica de silício usa pulsos de luz em vez de pulsos de corrente elétrica para transferir grandes quantidades de dados como bits de informação (0s e 1s). Os dados podem ser codificados em pulsos de luz, que viajam através de uma fibra óptica. Quando o pulso de luz chega ao seu destino, os fotodetectores convertem a luz de volta em um sinal eletrônico de dados. Essa abordagem melhorou significativamente a velocidade de processamento e o poder de computação dos computadores desde o início da pesquisa em fotônica de silício no final da década de 1980. Agora que quase todas as partes da vida diária têm um componente online ou digital, melhorar a tecnologia de computação óptica é de interesse significativo para empresas de tecnologia comercial e industrial.

"Podemos acender e apagar a luz mais rápido do que qualquer outra pessoa usando esta rodovia da informação, o que significa que os futuros computadores podem funcionar muito mais rápido, e também com menos energia do que os computadores atuais, usando luz, "Haglund disse.

Weiss e Haglund dizem que os próximos passos em direção à implementação prática dessa inovação revolucionária será otimizar o tamanho, forma e volume do componente de dióxido de vanádio e para investigar configurações alternativas do guia de ondas híbrido.