莫納什大學的科學家創造了一種微型新電路，可以在單一晶片上產生、引導和讀取光攜帶的訊息。
這項突破標誌著「穀電子學」這一不斷發展的研究領域的一個重要里程碑，該領域可能有助於推動更快、更低功耗的運算和量子技術的未來進步。
這款新設備由莫納什物理與天文學學院的研究人員開發，將先進的奈米技術與最先進的材料相結合，以應對多年來限制該領域的挑戰。
該團隊首次建立了完全整合的晶片，能夠產生專門的光訊號，透過特定的路徑路由它們，並在同一緊湊系統中將它們轉換為電訊號。
這些訊號使用稱為“谷自由度”的量子特性來儲存資訊。科學家認為，這種獨特的功能可以提供全新的資料編碼、傳輸和處理方式。
Integrated Valleytronics 晶片解決了長期存在的挑戰
主要作者 Chi Li 博士，他的團隊的研究結果發表在 自然光子學他說，這項成就解決了谷電子學研究的一個主要障礙。
「到目前為止，我們可以產生或檢測這些訊號，但我們還沒有在一台整合設備中完成這一切，」李博士說。
“我們建構的是一個完整的系統單晶片，可以非常精確地產生、定位和讀取這些資訊。”
該設備基於幾個原子厚的超薄材料。這些材料與專門設計的奈米結構相結合，可以在非常小的尺度上精確控制光。
該研究的第一作者、莫納什大學的研究員 Kaijian Xing 博士解釋說，該團隊已經開發出一種結合這些組件的實用方法。
邢博士說：“我們使用直接沉積方法將超薄材料與超表面集成，克服了光子結構中直接材料生長的技術挑戰，並推動了穀電子學的進一步發展。”
室溫光子技術
該技術最重要的優點之一是它可以在室溫下工作。許多量子系統需要非常寒冷的環境，這使得它們在實際應用中使用起來更加困難和昂貴。
ARC 未來研究員兼莫納什 NanoMeta 小組負責人任浩然博士表示，這項工作可以為新一代可編程且高效的緊湊型光子裝置鋪平道路。
任博士表示，該技術可以支援更快的運算系統，降低能耗，並實現安全通訊和進階資料處理的新方法。
任博士說：“這是朝著可擴展的基於晶片的技術邁出的重要一步，該技術使用光而不是電來處理資訊。”
“光子器件利用光來實現高頻寬、超快數據傳輸速率和更低的功耗，因此我們所取得的成果在量子運算、先進成像和下一代光通訊系統中具有巨大的應用潛力。”
處理多個資訊流
為了展示該晶片的功能，研究人員成功地同時編碼和處理兩個單獨的圖像。實驗表明，該設備可以同時處理多個資訊流，這是未來計算技術的重要特徵。
莫納什大學物理、天文學和奈米光子學實驗室負責人斯特凡·A·邁爾教授表示，這項進展有助於彌合基礎科學發現與實用技術之間的差距。
「這是邁向完全整合的穀電子系統的重要一步，」邁爾教授說。 “通過將光和量子材料結合在晶片上，我們可以獲得編碼和處理信息的新方法。”
這項國際計畫匯集了來自澳洲、中國、新加坡、德國和日本的研究人員，結合了奈米光子學、二維材料和光電子學方面的專業知識。
莫納什大學團隊包括Chi Li博士、Kaijian Xing博士、Michael S. Fuhrer教授、Stefan A. Maier教授和任浩然博士。其他貢獻來自新加坡科技設計大學、慕尼黑大學和雪梨科技大學。
