Изследователи от Датския технически университет (DTU) са създали миниатюрен нанолазер, който в бъдеще ще спомогне за ускоряването на компютрите, смартфоните и центровете за данни при значително по-ниска консумация на енергия. В бъдеще хиляди такива лазери ще могат да бъдат интегрирани в един микрочип. Вместо да предават информация по чипа с помощта на електрически сигнали, устройствата ще могат да предават данни чрез фотони – частици светлина.

„Нанолазерът открива възможност за създаване на ново поколение компоненти, съчетаващи висока производителност с минимални размери. Това може да бъде в областта на информатиката, където свръхмалките и енергийно ефективни лазери са в състояние да намалят енергопотреблението на компютрите, или при разработването на сензори за здравеопазването, където екстремната концентрация на светлина в нанолазера позволява получаването на изображения с висока разделителна способност и свръхчувствителни биосензори.“

казва професорът от DTU Еспер Мерк

Значителна част от интернет вече използва светлина за предаване на информация по оптични кабели. Въпреки това вътре в компютрите данните все още се пренасят по електронни схеми с помощта на електричество. Този подход генерира топлина и ограничава скоростта на предаване на информация.

Нанолазерите биха могли да пренесат оптичната връзка директно върху микрочиповете. Като генерират светлинни сигнали ефективно вътре в чипа, те биха позволили предаването на информация с много малки загуби на енергия, което потенциално ще направи бъдещите устройства по-бързи, по-хладни и по-енергийно ефективни. Мерк оценява, че използването на нанолазери в компютрите може да намали енергопотреблението наполовина.

Компактният нанолазер на DTU е важна стъпка към тази цел. Бъдещите чипове, базирани на светлинна връзка, вероятно ще изискват хиляди изключително малки и ефективни лазери, работещи съвместно за предаване на информация по чипа. Новият нанолазер е създаден в чистата стая на DTU Nanolab. Според Мерк устройството надхвърля традиционните граници за това колко малък може да бъде един лазер.

В основата на нанолазера лежи структура, известна като нанорезонатор, която задържа и концентрира светлината в изключително малко пространство. Досега постигането на толкова силно задържане в такъв мащаб се считаше за изключително сложна задача. Когато изследователите насочват светлинен лъч към устройството, както фотоните, така и електроните се концентрират в една микроскопична област. Това взаимодействие позволява на лазера да работи при стайна температура, като изисква необичайно малко енергия.

Структурата за задържане на светлината, използвана в нанолазера е била разработена първоначално от екипа на професор Оле Сигмунд в DTU Construct. Следващата голяма задача е била да се накара нанолазерът да работи с електрическа енергия. Ако изследователите успеят да постигнат това, технологията ще може да намери широко приложение в изчислителната техника, комуникациите и здравеопазването.

Компютрите и смартфоните потенциално ще могат да осигуряват по-висока производителност при по-ниска консумация на електроенергия. Центровете за данни, които изискват огромни количества енергия, също могат значително да намалят енергопотреблението си, което потенциално ще има значителен ефект върху климата. В областта на медицинските технологии способността на нанолазера да концентрира светлината в изключително малка област може да осигури свръхчувствителни сензори и системи за визуализация с висока разделителна способност. Изследователите оценяват, че оставащите технически задачи могат да бъдат решени в рамките на следващите 5-10 години.