Selain penghematan daya langsung, sakelar tidak memerlukan pendinginan dan beroperasi pada 1 triliun operasi per detik, itu antara 100 dan 1,000 kali lebih cepat daripada transistor komersial saat ini.
Perangkat bergantung pada dua laser untuk mengatur statusnya ke "0" atau "1" dan untuk beralih di antara keduanya. Sinar laser kontrol yang sangat lemah digunakan untuk menyalakan atau mematikan sinar laser lain yang lebih terang. Hanya membutuhkan beberapa foton di balok kontrol, sehingga efisiensi tinggi perangkat.
Peralihan terjadi di dalam rongga mikro — polimer semikonduktor organik tipis 35 nanometer yang diapit di antara struktur anorganik yang sangat reflektif. Microcavity dibangun sedemikian rupa untuk menjaga cahaya yang masuk terperangkap di dalam selama mungkin untuk mendukung penggabungannya dengan material rongga.
Kopling materi cahaya ini membentuk dasar dari perangkat baru. Ketika foton berpasangan kuat dengan pasangan elektron-lubang terikat - alias eksiton - dalam bahan rongga, ini menimbulkan entitas berumur pendek yang disebut eksiton-polariton, yang merupakan semacam kuasipartikel di jantung operasi sakelar.
Ketika laser pompa — yang lebih terang dari keduanya — bersinar pada sakelar, ini menciptakan ribuan kuasipartikel identik di lokasi yang sama, membentuk apa yang disebut kondensat Bose-Einstein, yang mengkodekan keadaan logika “0” dan “1” dari perangkat.
Untuk beralih di antara dua tingkat perangkat, tim menggunakan pulsa laser kontrol yang menyemai kondensat sesaat sebelum kedatangan pulsa laser pompa. Akibatnya, merangsang konversi energi dari laser pompa, meningkatkan jumlah kuasipartikel di kondensat. Jumlah partikel yang tinggi di sana sesuai dengan status "1" perangkat.
Para peneliti menggunakan beberapa penyesuaian untuk memastikan konsumsi daya yang rendah: Pertama, peralihan yang efisien dibantu oleh getaran molekul polimer semikonduktor.
Triknya adalah mencocokkan celah energi antara keadaan yang dipompa dan keadaan kondensat dengan energi dari satu getaran molekul tertentu dalam polimer.
Kedua, tim berhasil menemukan panjang gelombang optimal untuk menyetel laser mereka dan menerapkan skema pengukuran baru yang memungkinkan deteksi kondensat satu tembakan.
Ketiga, laser kontrol yang menyemai kondensat dan skema deteksinya dicocokkan dengan cara yang menekan kebisingan dari emisi "latar belakang" perangkat.
Langkah-langkah ini memaksimalkan tingkat signal-to-noise perangkat dan mencegah kelebihan energi diserap oleh microcavity, yang hanya akan berfungsi untuk memanaskannya melalui getaran molekuler.