بالإضافة إلى توفير الطاقة المباشر ، لا يتطلب المحول أي تبريد ويعمل بمعدل 1 تريليون عملية في الثانية ، وهو أسرع بما يتراوح بين 100 و 1,000 مرة من الترانزستورات التجارية الحالية.
يعتمد الجهاز على جهازي ليزر لضبط حالته على "0" أو "1" والتبديل بينهما. يتم استخدام شعاع ليزر تحكم ضعيف جدًا لتشغيل أو إيقاف شعاع ليزر آخر أكثر إشراقًا. لا يتطلب الأمر سوى عدد قليل من الفوتونات في حزمة التحكم ، وبالتالي كفاءة الجهاز العالية.
يحدث التبديل داخل تجويف دقيق - بوليمر عضوي رقيق يبلغ طوله 35 نانومترًا محصورًا بين هياكل غير عضوية عاكسة للغاية. تم بناء التجويف الصغير بطريقة تحافظ على الضوء الوارد محاصرًا بالداخل لأطول فترة ممكنة لتفضيل اقترانها بمادة التجويف.
يشكل اقتران المادة الخفيفة أساس الجهاز الجديد. عندما تقترن الفوتونات بقوة بأزواج ثقوب إلكترونية مرتبطة - ويعرف أيضًا باسم الإكسيتونات - في مادة التجويف ، فإن هذا يؤدي إلى كيانات قصيرة العمر تسمى إكسيتون بولاريتون ، وهي نوع من أشباه الجسيمات في قلب عملية التبديل.
عندما يضيء ليزر المضخة - الأكثر إشراقًا من الاثنين - على المفتاح ، فإن هذا يخلق الآلاف من أشباه الجسيمات المتطابقة في نفس الموقع ، مشكلاً ما يسمى بتكثيف بوز-آينشتاين ، الذي يشفر الحالتين المنطقيتين "0" و "1" الجهاز.
للتبديل بين مستويين من الجهاز ، استخدم الفريق نبضة ليزر تحكم بذر المكثف قبل وقت قصير من وصول نبضات الليزر بالمضخة. ونتيجة لذلك ، فإنه يحفز تحويل الطاقة من مضخة الليزر ، مما يزيد من كمية أشباه الجسيمات في المكثف. تتوافق الكمية الكبيرة من الجسيمات الموجودة مع الحالة "1" للجهاز.
استخدم الباحثون عدة تعديلات لضمان انخفاض استهلاك الطاقة: أولاً ، تم دعم التبديل الفعال من خلال اهتزازات جزيئات البوليمر شبه الموصلة.
كانت الحيلة هي مطابقة فجوة الطاقة بين حالات الضخ وحالة التكثيف مع طاقة اهتزاز جزيئي معين في البوليمر.
ثانيًا ، تمكن الفريق من العثور على الطول الموجي الأمثل لضبط الليزر الخاص بهم وفقًا لمخطط قياس جديد يتيح اكتشاف المكثفات أحادية الطلقة.
ثالثًا ، تم مطابقة بذر ليزر التحكم للمكثفات ونظام الكشف الخاص به بطريقة قمعت الضوضاء من انبعاث "الخلفية" للجهاز.
أدت هذه التدابير إلى زيادة مستوى الإشارة إلى الضوضاء للجهاز ومنع امتصاص فائض الطاقة بواسطة التجويف الصغير ، والذي لن يؤدي إلا إلى تسخينه من خلال الاهتزازات الجزيئية.