Das neue Gerät steuert Licht mithilfe eines Phasenwechselmaterials und einer Graphenheizung. Dünn
Herkömmliche photonische Siliziumschalterwerden über den thermischen Effekt eingestellt. Bei Wärmeeinwirkung ändern sich die optischen Eigenschaften des Schaltermaterials und damit der Lichtweg. In der Regel wird bei solchen Geräten zur Wärmeerzeugung ein elektrischer Strom durch ein Metall oder einen Halbleiter geleitet. Diese Technologie erfordert eine enorme Menge an Energie, stellen die Autoren fest.
Künstlerisches Bild des Schalters.Das Licht wird durch ein Phasenwechselmaterial (blaues Segment) gesteuert, das durch Graphen erhitzt wird. Bild: Zhuoran (Roger) Fang, University of Washington
In ihrer Arbeit verwendeten Wissenschaftler nichtflüchtigePhasenwechselmaterial. Ein solches Material wandelt sich bei kurzzeitiger Erwärmung um und bleibt in diesem Zustand, bis es einen weiteren thermischen Impuls erhält, wonach es in seinen ursprünglichen Zustand zurückkehrt. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, Spannung aufrechtzuerhalten, um die gewünschte Form beizubehalten.
Darüber hinaus verwendeten die Entwicklerundotiertes Silizium mit einer Dicke von 220 nm für die Lichtausbreitung und führte eine Schicht aus Graphen zwischen dem Silizium und dem Phasenwechselmaterial ein, um Elektrizität zu leiten. Dieses Design eliminiert Energieverschwendung, indem die gesamte von Graphen erzeugte Wärme so gelenkt wird, dass das Material durch eine Phasenänderung verändert wird.
Die Ergebnisse der Studie zeigten, dass die DichteDie Schaltenergie dieses Aufbaus beträgt nur 8,7 AJ/Nm3. Dies ist etwa 70-mal weniger als bei herkömmlichen Geräten erforderlich ist, die dotiertes Silizium zum Erhitzen des Materials verwenden.
Im Vergleich zu dem, was derzeit istDiese Technologie, die in Rechenzentren zur Steuerung photonischer Schaltkreise eingesetzt wird, wird den Energiebedarf von Rechenzentren erheblich senken und sie nachhaltiger und umweltfreundlicher machen.
Arka Majumdar, Forscher und Co-Autor der University of Washington
Rechenzentren sind ein wesentlicher Bestandteilmoderne Realität. Sie verbrauchen enorme Mengen an Energie, während sie Daten zwischen Servern innerhalb des Zentrums übertragen. Eine Möglichkeit, die Stromkosten zu senken, besteht darin, Licht zur Übertragung von Informationen zu verwenden, indem elektrisch betriebene optische Schalter verwendet werden, die den Lichtfluss steuern.
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