Lazerler devrim niteliğinde teknolojiler olmalarına rağmen, bu konuda teknik bir sorunla sınırlıdırlar. Geri yansıyan ışık yayarak bir lazerin dengesini bozabilir ve hatta durdurabilirler. Zararlı yansımaları durdurmak için manyetizma kullanan hantal cihazlar, bu sorunu gerçek dünya ölçeklerinde ele almak için kullanılır. Ancak, mühendislerin lazerlerin bir gün bilgisayar devrelerini değiştirebileceğine inandıkları çip ölçeğinde etkili izolatörler kullanmak zorunda olduklarını biliyorlar.
Bunun ışığında, Stanford Üniversitesi’ndeki bilim insanları, bir kağıt parçasından yüzlerce kat daha ince bir izolatör geliştirdiler. Bu yarı iletken bazlı bir malzeme katmanında biriktirilebilen basit ve verimli bir çip ölçeğinde izolatördür.
Stanford’da elektrik mühendisliği profesörü ve 1 Aralık’ta Nature Photonics dergisinde yayınlanacak olan çalışmanın kıdemli yazarı Jelena Vukovi, “Çip ölçeğinde izolasyon, fotonikteki en büyük açık konulardan biridir” dedi.
Vukovi’nin laboratuvarında doktora öğrencisi olan ve makalenin ilk yazarlarından biri olan Alexander White, her lazerin geri yansımaların lazere girmesini ve dengesini bozmasını önlemek için bir izolatöre ihtiyaç duyduğunu belirtti. White ayrıca cihazın günlük bilgi işlem için etkileri olduğunu ancak kuantum bilgi işlem gibi yeni nesil teknolojiler üzerinde de etkisi olabileceğini belirtti.
Nano ölçekli izolatör çok büyük bir potansiyele sahiptir. Bu izolatör her şeyden önce “pasif”. Şimdiye kadar çip ölçekli lazerlerde ilerlemeyi engelleyen sofistike devre, manyetikler veya harici girişlerden yoksundur. Bu ekstra mekanizmalar, entegre fotonik uygulamaları için çok büyük olan ve diğer çip bileşenlerini tehlikeye atan elektriksel parazit üretebilen cihazlarla sonuçlanır.
Bir diğer avantaj ise yeni izolatörün mevcut yarı iletken işleme teknolojileri kullanılarak üretilebilmesi ve iyi bilinen ve yaygın yarı iletken bazlı malzemelerden yapılmış olması, böylece seri üretimin önünü açmasıdır.
Yeni izolatör halka benzeri bir forma sahiptir. En yaygın kullanılan yarı iletken olan silikondan türetilen bir madde olan silikon nitrürden yapılmıştır. Güçlü birincil lazer ışını halkaya ulaştıktan sonra fotonlar halkanın etrafında saat yönünde hareket etmeye başlar. Işın aynı anda ters yönde, saat yönünün tersine dönerek halkaya geri gönderilir.
“Kullandığımız lazer gücü birkaç kez dolaştığı için halkanın içinde artış sağlayabiliyoruz. Daha güçlü ışın etkilenmeden kalırken, güç arttıkça zayıf ışın değişiyor” diyerek, elektrik mühendisliği alanında doktora adayı olan ilk yazar Geun Ho Ahn ile birlikte zayıf ışının rezonansa girmesini engelleyen olguyu açıklıyor. Yansıtılan ışık -ve başka hiçbir şey- esasen iptal ediliyor.
Halkadan ayrıldıktan sonra, birincil lazer istenen yönde “ayrılır”.
Performansı artırmak için Vukovi ve meslektaşları kavram kanıtı olarak bir prototip oluşturdular ve iki halka izolatörünü bir kaskad halinde bağlayabildiler.
Vukovi’nin laboratuvarında doktora sonrası araştırmacı olarak çalışan Kasper Van Gasse’ye göre, “sonraki adımlar arasında farklı ışık frekansları için izolatörler üzerinde çalışmak” ve izolatör için ek uygulamaları keşfetmek ve performansı artırmak için çip ölçeğinde bileşenlerin daha sıkı entegrasyonu yer alıyor.
Kaynak: phys.org/news/ Andrew Myers, Stanford University
