Oltre al risparmio energetico diretto, lo switch non richiede raffreddamento e opera a 1 trilione di operazioni al secondo, è tra le 100 e le 1,000 volte più veloce dei transistor commerciali odierni.
Il dispositivo si basa su due laser per impostare il suo stato su "0" o "1" e per passare da uno all'altro. Un raggio laser di controllo molto debole viene utilizzato per attivare o disattivare un altro raggio laser più luminoso. Ci vogliono solo pochi fotoni nel raggio di controllo, da qui l'elevata efficienza del dispositivo.
La commutazione avviene all'interno di una microcavità, un polimero semiconduttore organico sottile di 35 nanometri inserito tra strutture inorganiche altamente riflettenti. La microcavità è costruita in modo tale da trattenere la luce in ingresso il più a lungo possibile al suo interno per favorirne l'accoppiamento con il materiale della cavità.
Questo accoppiamento luce-materia costituisce la base del nuovo dispositivo. Quando i fotoni si accoppiano fortemente alle coppie elettrone-lacuna, dette anche eccitoni, nel materiale della cavità, questo dà origine a entità di breve durata chiamate eccitone-polaritoni, che sono una sorta di quasiparticelle al centro del funzionamento dell'interruttore.
Quando il laser della pompa, il più luminoso dei due, brilla sull'interruttore, questo crea migliaia di quasiparticelle identiche nella stessa posizione, formando il cosiddetto condensato di Bose-Einstein, che codifica gli stati logici "0" e "1" di il dispositivo.
Per passare tra i due livelli del dispositivo, il team ha utilizzato un impulso laser di controllo che ha seminato la condensa poco prima dell'arrivo dell'impulso laser della pompa. Di conseguenza, stimola la conversione dell'energia dal laser della pompa, aumentando la quantità di quasiparticelle nella condensa. L'elevata quantità di particelle all'interno corrisponde allo stato "1" del dispositivo.
I ricercatori hanno utilizzato diverse modifiche per garantire un basso consumo energetico: in primo luogo, la commutazione efficiente è stata aiutata dalle vibrazioni delle molecole del polimero semiconduttore.
Il trucco consisteva nel far corrispondere il divario energetico tra gli stati pompati e lo stato condensato all'energia di una particolare vibrazione molecolare nel polimero.
In secondo luogo, il team è riuscito a trovare la lunghezza d'onda ottimale su cui sintonizzare il laser e ha implementato un nuovo schema di misurazione che consente il rilevamento della condensa a colpo singolo.
Terzo, il laser di controllo che semina la condensa e il suo schema di rilevamento sono stati abbinati in modo da sopprimere il rumore dall'emissione di "sfondo" del dispositivo.
Queste misure hanno massimizzato il livello segnale-rumore del dispositivo e hanno impedito che un eccesso di energia venisse assorbito dalla microcavità, che servirebbe solo a riscaldarla attraverso vibrazioni molecolari.