Det har lenge vært jobbet med å produsere optiske integrerte kretser, altså integrerte kretser der man benytter lys i stedet for elektrisitet – også kalt fotonikk.
Slike lysbaserte – fotoniske – kretser har en del fordeler fremfor tradisjonelle elektroniske kretser, som lavere energiforbruk og høyere ytelse. Det er imidlertid vanskelig å produsere disse kretsene («Photonic Integrated Circuit», PIC), siden dagens produksjonsmetoder forårsaker for mye variasjon i brikkene som produseres. Dermed vil mange av de produserte brikkene avvike for mye fra spesifikasjonene – og dermed måtte forkastes. Man får «lavere yield», som det gjerne heter.
Nå skriver IEEE Spectrum at en mulig vei rundt problemet, er å utvikle fotoniske kretser som kan rekonfigureres eller programmeres for å kompensere for små variasjoner som har oppstått under produksjonen av brikkene. En løsning er å bruke et optisk materiale som gjør det mulig å justere materialets brytningsindeks (refraktive indeks) mellom to eller flere ulike tilstander.
Materiale brukt i solceller
Det har vært forsket på dette tidligere, men mange av materialene som har vært forsøkt brukt har krevd kontinuerlig oppvarming for å endre brytningsindeksen – og kompliserte løsninger for å kontrollere varmen. Med andre materialer igjen har man opplevd dårlig ytelse og signaltap, skriver IEEE Spectrum.
Nylig fant forskerne ut at materialet hydrogenert amorf silisium, som blant annet brukes i tynnfilmbaserte silisium-solceller, har egenskaper som gjør det spesielt egnet til bruk i fotoniske kretser. Ved å utnytte det som kalles Staebler-Wronski-effekten kan man bruke lys eller varme til å endre de optiske og elektriske egenskapene til hydrogenerte amorfe silisium-komponenter, og ved å kjøle det ned sakte i mørket kan man delvis gjenopprette de optiske egenskapene igjen.
Staebler-Wronski-effekten er noe man ikke ønsker i solceller, men effekten kan komme til nytte i omprogrammerbare lysbaserte kretser. Forskerne har sett på hvordan et tynt lag med hydrogenert amorft silisium endret egenskaper etter å ha blitt belyst med nesten infrarødt laserlys i 100 timer eller mer, og deretter sakte blitt avkjølt i noen timer i mørket. Lyset kunne øke materialets brytningsindeks med 0,3 prosent, mens nedkjølingen reverserte endringen.
I en rapport viser forskerne hvordan de lagde rekonfigurerbare optiske svitsjer ved å bruke mikroskopiske ringer av hydrogenert amorft silisium.
Målet til forskerne er å lage en fotonisk versjon av en FPGA-krets, som er en type elektroniske kretser som kan omprogrammeres etter at den er programmert.
Du kan lese hele rapporten fra forskerne her.
