Созданы энергоэффективные коммутаторы для центров обработки данных нового поколения

Ученые разработали оптический коммутатор на основе кремния, которому почти не нужна энергия для работы. Исследование опубликовано в журнале Nature Nanotechnology.

Новое устройство управляет светом с помощью материала с фазовым переходом и нагревателя из графена. Тонкий слой из атомов углерода снижает энергопотери в 70 раз по сравнению с популярными устройствами на основе легированного кремния.

Традиционные кремниевые фотонные переключатели настраиваются с помощью теплового эффекта. Под воздействием тепла оптические свойства материала переключателя изменяются, тем самым изменяя путь света. Как правило, для выделения тепла в таких устройствах через металл или полупроводник пропускают электрический ток. Такая технология требует огромных затрат энергии, отмечают авторы работы.

Художественное изображение коммутатора. Управление светом осуществляется с помощью материала с фазовым переходом (синий сегмент), нагреваемого графеном. Изображение: Zhuoran (Roger) Fang, University of Washington

В своей работе ученые использовали нелетучий материал с фазовым переходом. Такой материал трансформируется при кратковременном нагревании и остается в этом состоянии до тех пор, пока не получит еще один тепловой импульс, после чего он возвращается в исходное состояние. Это избавляет от необходимости поддерживать напряжение для сохранения нужной формы.

Кроме того, разработчики использовали нелегированный кремний толщиной 220 нм для распространения света и ввели слой графена между кремнием и материалом с фазовым переходом для проведения электричества. Эта конструкция устраняет потери энергии, направляя все тепло, выделяемое графеном, на изменение материала с фазовым переходом.

Результаты исследования показали, что плотность энергии переключения этой установки составляет всего 8,7 аДж/нм3. Это примерно в 70 раз меньше, чем требуется распространенным устройствам, в которых для нагревания материала используется легированный кремний.

По сравнению с тем, что в настоящее время используется в центрах обработки данных для управления фотонными цепями, эта технология значительно сократит потребности центров обработки данных в энергии, сделав их более устойчивыми и безвредными для окружающей среды.

Арка Маджумдар, исследователь из Университета Вашингтона и соавтор работы

Центры обработки данных — неотъемлемая часть современной реальности. Они потребляют огромное количество энергии, передавая данные между серверами внутри центра. Один из способов снижения затрат электричества: использование света для передачи информации с помощью оптических переключателей с электрическим управлением, контролирующих поток света.


Читать далее:

Опровергнут главный миф о динозаврах: ученые поняли, как рептилии захватили планету

350 млн лет назад с Землей происходило что-то странное: это повлияло на обитаемость

Найдена огромная озоновая дыра. Она опасна для 50% населения Земли и видна круглый год

Подписывайтесь
на наши каналы в Telegram

«Хайтек»новостионлайн

«Хайтек»Dailyновости 3 раза в день

Первая полоса
Юпитер оказался не таким, как считали ученые: открытие опровергает гипотезу о гиганте
Космос
Физики придумали, как найти новые измерения в пространстве
Наука
Посмотрите на первое фото кометы C/2024 G3 в России: она прилетает раз в 160 000 лет
Космос
Ученые нашли необычные частицы: их поведение невозможно объяснить обычной физикой
Наука
Байден запретит поставки ИИ-чипов в Россию: что ответила NVIDIA
Новости
300 млрд киловатт-часов: Китай строит крупнейшую в мире гидроэлектростанцию
Новости
Парниковые газы предложили хранить в стенах домов для борьбы с изменением климата
Наука
Ученые разгадали тайну, как древние птерозавры поднялись в воздух
Наука
Эксперимент показал, что фотоны света могут вести себя как частицы темной материи
Наука
ИИ создал крупнейшую базу данных фотографий северного сияния
Наука
Молекулы РНК превратили в «фонарики», чтобы отслеживать их работу в клетке
Наука
Европейский зонд показал северный полюс Меркурия в рекордных деталях
Космос
Посмотрите, как изменится внешний вид людей через 30 лет  
Наука
Посмотрите на первые фото Tesla Model Y без камуфляжа  
Новости
«Тостер» для смартфона обновляет зарядку гаджета за секунды
Новости
Гаджет, который научился читать мысли человека, показали на CES 2025
Новости
Эта камера будет снимать на Луне: Nikon представила прототип на CES 2025  
Новости
Ярчайший гамма-всплеск в истории связали с теорией струн и темной материей  
Новости
Наука в фокусе: кто и зачем делает научно-популярные видеоблоги в России
Кейсы
Telegram раскрыл данные о 2000 пользователях в после ареста Дурова
Новости