Optyczne układy scalone mogą więcej

Pierwsze próby tworzenia hybrydowych układów scalonych (optyczno-elektrycznych) wykonane przez IBM wypadały obiecująco. Jednym z brakujących elementów niezbędnych do budowy komputera optycznego jest pamięć nieulotna. Naukowcom udało się przekroczyć tą barierę poprzez użycie specjalnego materiału zwanego w skrócie GST.

GeSbTe jest stopem germanu, antymonu i telluru, wykorzystywanym w produkcji coraz mniej już popularnych dysków optycznych CD/DVD-RW oraz pamięci PCRAM (phase-change random-access memory). Materiał ten przy użyciu impulsu lasera jest w stanie trwale zmienić swoją strukturę z krystalicznej (uporządkowaną) na amorficzną (nieregularną) a w rezultacie sposób, w jaki odbija światło. Używając wiązki o większej mocy można zapisać informację, która jest dostępna do wielokrotnego odczytu za pomocą lasera o niskiej mocy.

Zespół naukowców z Oksfordu oraz Karlsruher Institut für Technologie skonstruował układ zawierający falowody wydrążone w azotku krzemu, na które naniesiono "łatkę" ze stopu GST o grubości 10 nm. Układ pozbawiony jest jakichkolwiek elementów elektrycznych, odczyt i zapis odbywa się za pomocą światła.

Zapis informacji polega na wysłaniu impulsu z lasera wysokoenergetycznego do falowodu. Warstwa GST zmienia wówczas strukturę z krystalicznej na amorficzną, bądź na odwrót, w zależności od mocy impulsu. Odczyt tak zapisanej informacji wykonuje się laserem niskoenergetycznym, wykorzystując fakt, że amorficzny GST w tak zbudowanym układzie pochłania znacząco mniej światła.

Uczeni poszli również o krok dalej. Możliwe jest zwiększenie przepustowości takiej pamięci poprzez wysłanie kilku wiązek światła o różnej długości fali jednocześnie. Co ciekawe, układ pozwala nie tylko na zapisanie informacji typu "0" lub "1". Poprzez modulację mocy lasera, uczeni byli w stanie kontrolować stopień krystaliczności GST. W ten sposób jedna komórka pamięci może przechowywać kilka bitów danych. Dla przykładu - przy 100% krystaliczności informacja zapisana ma wartość "zero", przy 90% krystaliczności "jeden”, przy 80% "dwa” itd.

Naukowcy zaznaczają, że stopień miniaturyzacji takich układów musi wzrosnąć jeszcze o przynajmniej jeden rząd wielkości, aby dorównały one wydajnością swoim flash-owym odpowiednikom. Jak zapewnia prof. Harish Bashkaran: Docelowo pamięć fotoniczna ma potencjał by pracować 50 do 100 razy szybciej niż obecne układy elektroniczne.