Các nhà khoa học đã biến một giọt tinh thể lỏng thành bộ transistor quang linh hoạt cho chip photonics tương lai

Phống sự kiến “mềm” mới: ké tinh lỏng + polymer mở ra con đường tới chip tiết kiệm năng lượng

Điện tử quang học truyền thống sử dụng cùng các vật liệu như mạch vi tính silicon. Điều này dẫn đến những hạn chế điển hình của thiết bị bán dẫn – tiêu thụ năng lượng cao, công nghệ sản xuất phức tạp và độ linh hoạt giới hạn.

Nghiên cứu gần đây tại Đại học Ljubljana (Slovenia) đã cho thấy cách vượt qua những vấn đề này bằng cách tạo ra “trang cảm quang học” dựa trên giọt ké tinh lỏng được đặt trong ống dẫn quang polymer.

Cách thức hoạt động
1. Tạo thiết bị

- Giọt dung dịch được đưa vào khung chứa các ống dẫn quang linh hoạt (polymer) bằng pipet.
- Trong giọt có chất nhuộm phát quang phản ứng với ánh sáng.

2. Kích hoạt cộng hưởng WGM

- Một xung laser công suất thấp kích thích trong giọt một *cộng hưởng WGM* (đỉnh biên sóng).
- Các photon “nắm giữ” bên trong giọt, lặp đi lặp lại phản chiếu từ các mặt của nó. Điều này cho phép giữ ánh sáng với năng lượng gấp hai thứ tự thấp hơn so với quang học silicon.

3. Tăng cường và chuyển mạch quang học

- Một xung khác màu (dài sóng khác) cũng công suất thấp khởi động quá trình tăng cường: các photon cộng hưởng cung cấp thêm năng lượng.
- Kết quả là xuất hiện một “bộ chuyển mạch quang học”, phát ra ánh sáng với độ trễ được xác định bởi thời điểm xung thứ hai.

Như vậy, tín hiệu điều khiển có công suất rất nhỏ nhưng vẫn có thể kiểm soát hoàn toàn dòng quang đầu ra – điều không thể trong các hệ thống silicon truyền thống.

Tại sao điều này quan trọng
- Giảm tiêu thụ năng lượng: hơn 100 lần ít năng lượng hơn so với các công nghệ photon hiện tại.
- Dễ chế tạo: giọt có thể được đưa vào trong vài phần tư giây, không cần các bước công nghệ phức tạp và ở nhiệt độ thấp.
- Linh hoạt thiết kế: ống dẫn quang polymer cho phép tạo ra các hình dạng linh hoạt và độc đáo mà silicon không thể đạt được.
- Khả năng thiết kế mở rộng: có thể tích hợp nhiều khoang và mạch quang phức tạp trong một thiết bị.

Triển vọng
Mặc dù công nghệ hiện tại chưa sánh kịp với mạng nơ ron silicon, nhưng nó đặt nền móng cho:

- các cổng logic hoàn toàn quang học,
- bộ xử lý photon,
- các mạng nơ ron tương lai.

Trong dài hạn, điều này mở đường tới các hệ thống tính toán siêu nhanh và tiết kiệm năng lượng với mất mát tối thiểu.

Quang học mềm hứa hẹn một cuộc cách mạng trong công nghệ quang học, kết hợp sự đơn giản trong sản xuất, linh hoạt của vật liệu và hiệu suất cao.