علماء صنعوا من قطرة كريستال سائل متحركة ترانزستور بصري مرن للرقائق الفوتونية المستقبلية

تُعَدّ الفوتونيكا «الناعمة» الجديدة: البلورات السائلة + البوليمرات تُفتح الطريق إلى شريحة ذات كفاءة طاقة عالية

يستخدم الإلكترونيات الضوئية التقليدية نفس المواد التي تستخدمها الدارات المتكاملة المصنوعة من السيليكون. وهذا يؤدي إلى القيود النموذجية للأجهزة الصلبة – استهلاك الطاقة العالي، تقنيات التصنيع المعقدة والمرونة المحدودة.

أظهرت الأبحاث الحديثة في جامعة ليوبلانكا (سلوفينيا) كيف يمكن تجاوز هذه المشكلات عن طريق إنشاء «ترانزستور ضوئي» يعتمد على قطرة من البلورة السائلة، توضع داخل أنبوب بوليمري للضوء.

كيف يعمل
1. تشكيل الجهاز

- يُدخل قطرة سائل باستخدام بربر في إطار مكوّن من أنابيب الضوء المرنة (بوليمر).

- داخل القطرة يوجد صبغة متوهجة تتفاعل مع الضوء.

2. تشغيل التردد WGM

- يثير نبضة ليزر منخفضة الطاقة داخل القطرة ما يُعرف بـ *تردد WGM* (الحدود الموجية النمطية).

- photons “تمتص” داخل القطرة، وتنعكس مراراً على جدرانها. هذا يسمح بالاحتفاظ بالضوء بطاقة أقل مرتين من الفوتونيكا السيليكونية.

3. تعزيز الضوء والتبديل

- تُطلق نبضة أخرى بلون مختلف (طول موجة مختلف) منخفضة الطاقة أيضاً عملية التعزيز: photons التردد يضيف طاقة إضافية.

- نتيجة لذلك يظهر «مفتاح ضوئي» يُصدر الضوء مع تأخير يتم تحديده بوقت وصول النبضة الثانية.

وبهذا يكون إشارة التحكم ذات قدرة منخفضة للغاية، لكنها قادرة على السيطرة الكاملة على التيار الضوئي الخارج – ما هو مستحيل في الأنظمة السيليكونية التقليدية.

لماذا هذا مهم
المزايا:

- انخفاض استهلاك الطاقة أكثر من مئة مرة مقارنة بالتقنيات الفوتونية الحالية.

- سهولة التصنيع: يمكن إدخال القطرة خلال ثوانٍ دون مراحل تصنيع معقدة وبدرجات حرارة منخفضة.

- مرونة التصميم: أنابيب البوليمر تسمح بإنشاء أشكال مرنة وغير تقليدية غير متاحة للسيليكون.

- إمكانيات تصميم موسعة: إمكانية دمج حوائط مختلفة ومخططات ضوئية معقدة في جهاز واحد.

آفاق المستقبل
على الرغم من أن التقنية الحالية لا تزال لا تتنافس مع الشبكات العصبية السيليكونية، فإنها تُرسِّم أساساً لـ:

- بوابات لوجيكية ضوئية بالكامل،

- معالجات فوتونية،

- شبكات عصبية مستقبلية.

في المدى الطويل، يفتح هذا الطريق إلى أنظمة حسابية فائقة السرعة وتوفير الطاقة مع خسائر طاقة منخفضة للغاية.

تعد الفوتونيكا الناعمة ثورة في التقنيات الضوئية، تجمع بين سهولة الإنتاج، مرونة المواد وأداء عالٍ.