البكتيريا في السيارة: أصغر معدِّل كهربائي بصري

في البداية ، ابتكر الناس أجهزة جديدة وأنشأوها. ثم أتقن عملهم. ما هي الخطوة التالية؟ وبعد ذلك - تقليل حجم هذا الجهاز بنفس الخصائص والقوة (أو حتى أفضل). لذا ذهب علماء من جامعة أوريغون على نفس المسار وصنعوا أصغر مُعدِّل كهروضوئي في الوقت الحالي. حجم هذا الاختراع 0.6 ميكرون × 8 ميكرون. يمكن للبكتيريا فقط أن تتباهى بمثل هذه الأبعاد ، وهذا ليس كل شيء. نظرًا لكونه أصغر 10 مرات من الأجهزة المماثلة ، يستهلك المُشَكِّل المصغر طاقة أقل 100 مرة. في الوقت نفسه ، لم تنخفض كفاءتها التشغيلية بسبب انخفاض الحجم وتقليل استهلاك الطاقة.

نستخدم الآن جميعًا بطريقة ما الأجهزة التي تتصل بشبكات الألياف البصرية الضوئية. من خلال شبكات الألياف الضوئية ، يتم إرسال المعلومات في شكل رمز ثنائي. هذا وصف مبالغ فيه للتطبيق. لكي يعمل كل شيء على النحو المنشود ، ولم تتضرر المعلومات وتم نقلها عند الضرورة ، يلزم وجود جهاز تحكم. مثل هذا الجهاز هو معدل كهربائي بصري. تتحكم هذه الأجهزة المصغرة في تدفق فوتونات الضوء التي تمر عبر الجهاز. ثم يتم تعديل الإشارة الضوئية للمعلومات المرسلة.

كان أساس إنشاء المغير المصغر أكاسيد شفافة ذات خصائص أشباه الموصلات. جعلت هذه المواد من الممكن ليس فقط توصيل البوابة بمكثف أشباه الموصلات من أكسيد المعدن وبلورة فوتونية مدمجة للغاية ، ولكن أيضًا لتقليل مستوى الفقد البصري إلى 0.5 ديسيبل. وكانت كفاءة المُعدِّل الصغير 46 fJ / bit (femtojoules لكل بت).

يقول المبدعون أنفسهم في تقريرهم ما يلي:

تتمتع الفوتونات السليكونية بالقدرة على تحويل الأنظمة البصرية المستقبلية عن طريق تقليل استهلاك الطاقة وزيادة إنتاجية الأنظمة الإلكترونية الحالية من خلال استخدام CMOS (هيكل تكميلي أشباه الموصلات المعدنية - هيكل تكميلي من أكسيد أشباه الموصلات). بالإضافة إلى استخدام أجهزة الفوتون السليكون في الشبكات الضوئية ، يمكنهم التحكم في البوابات المنطقية لإجراء حسابات بصرية معينة. ومع ذلك ، تظل كفاءة الأجهزة الضوئية السليكونية محدودة بسبب حد التغوط وتأثير تشتت البلازما المنخفض. على الرغم من أن السليكون يحتوي على معامل انكسار مرتفع نسبيًا ، إلا أنه يمكن تقصير الطول الموجي داخل دليل الموجة السليكونية بما يتناسب مع مقياس λ / n ، إلى حوالي 400-600 نانومتر. يتطلب الخفض الإضافي لحجم الجهاز استخدام قطب سطحي ، والذي يربط الموجات عند الواجهة بين المعدن والعزل. أظهر توزيع الضوء القوي للغاية للموجه الموجي للعوازل المعدنية (MIM) قدرات مُعدِّلات البلازمون فائقة الصغر وذات التردد العالي. ومع ذلك ، فإن الهياكل والأجهزة البلازمية صغيرة جدًا ولا يمكنها حمل المعلومات إلا على مسافة قصيرة جدًا. لذلك ، بالنسبة للشبكات الضوئية الحقيقية ، من الضروري استخدام تفاعل الدليل الموجي الهجين للبلازما والعازل الكهربائي ، مما يزيد من تعقيد التصميم والتصنيع.

هيكل المغير


(أ) - رسم تخطيطي ثلاثي الأبعاد للمُشكِّل ؛
(ب) هو صورة مجهرية ملونة لمعدِّل المسح الإلكتروني. تظهر الصورة منطقة مكبرة من مكثف MOS (أشباه الموصلات المعدنية أكسيد) ؛
(ج) صورة بصرية للمغيّر.

يُظهر الرسم البياني (أ) لوحًا نانوًا من أكسيد النانو من أكسيد البولي كربونات السليكون. يتكون الجهاز من مكثف MOS مضمن في وسط تجويف النانو على دليل موجي نصف موجي من السليكون ، والذي يقع على قاعدة SOI (سيليكون على عازل) بعرض 500 نانومتر وطول 250 نانومتر. تم دمج زوج من قارنات الانعراج للتغلب على الضوء في الألياف الضوئية. تحدد لوحة البولي كربونات حدود الطباعة الحجرية بالشعاع الإلكتروني والنقش الأيوني التفاعلي. يوجد جزءان عاكسا من البلورات الضوئية على لوحة النانو. حجم ثقب الهواء ينحرف بشكل تربيعي من مركز اللوحة إلى حواف مقطعي المرآة. كل واحد منهم لديه 12 حفرة. ينخفض ​​عامل التعبئة من 0.23 في المنتصف إلى 0.1 عند الحواف. يتم التعبير عن هذا المعامل بالصيغة f = A / pw ، حيث A هي منطقة فتحة الهواء ، p هي الفجوة بين الثقوب ، w هو عرض الدليل الموجي. لكي يعمل المغير ضمن أدلة موجات الاتصالات ، ص هو 340 نانومتر. في وسط اللوحة ، يقوم فيلم ITO / SiO2 / Si بإنشاء مكثف MOS ؛ يتم عرض صورته المقطعية أدناه:



إذا كنت ترغب في التعرف على التفاصيل المتعلقة بهذا المغير ، يمكنك اتباع الرابط إلى تأليف التقرير لمنشئيها .

الخاتمة

التقنيات تتطور وتتحسن. ولا ترتبط هذه العملية دائمًا بزيادة حصرية في كفاءتها أو قوتها. في الوقت الحالي ، يولي تطور البشرية المزيد والمزيد من الاهتمام للصور المصغرة للأجهزة الموجودة. المهمة الرئيسية في هذه العملية هي الحفاظ على كفاءة الطاقة وإنتاجية الجهاز أو حتى تحسين هذه المؤشرات مع تقليل حجمه الفعلي.

يعد المشكل المصغر الذي تم إنشاؤه مثالاً حيًا على كيفية تقليله. لقد أصبحت أصغر بعشر مرات من سابقاتها ، وفي الوقت نفسه ، أكثر كفاءة في استهلاك الطاقة 100 مرة. ستكون هذه الخصائص ذات أهمية كبيرة للباحثين عن الحواسيب العملاقة الذين يحتاجون إلى أقصى أداء بأقل تكلفة. في الصباح ، يمكننا القول أن من لا يريد إنشاء حاسوب عملاق يمكنه الإجابة على أي سؤال يعمل على أصابع البطاريات ، مثل جهاز التحكم عن بعد الخاص بالتلفزيون.

شكرا لك على البقاء معنا. هل تحب مقالاتنا؟ هل تريد رؤية مواد أكثر إثارة للاهتمام؟ ادعمنا عن طريق تقديم طلب أو التوصية به لأصدقائك ، خصم 30 ٪ لمستخدمي Habr على نظير فريد من خوادم مستوى الدخول التي اخترعناها لك: الحقيقة الكاملة حول VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 نوى) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps من 20 $ أو كيفية تقسيم الخادم؟ (تتوفر الخيارات مع RAID1 و RAID10 ، حتى 24 مركزًا وذاكرة وصول عشوائي DDR4 تصل إلى 40 جيجابايت).

ديل R730xd أرخص مرتين؟ فقط لدينا 2 x Intel Dodeca-Core Xeon E5-2650v4 128GB DDR4 6x480GB SSD 1Gbps 100 TV من 249 دولارًا في هولندا والولايات المتحدة! اقرأ عن كيفية بناء مبنى البنية التحتية الطبقة باستخدام خوادم Dell R730xd E5-2650 v4 بتكلفة 9000 يورو مقابل سنت واحد؟