直接的な省電力に加えて、スイッチは冷却を必要とせず、毎秒1兆回の動作で動作し、今日の市販のトランジスタよりも100倍から1,000倍高速です。
デバイスは、0つのレーザーを使用して、状態を「1」または「XNUMX」に設定し、それらを切り替えます。 非常に弱い制御レーザービームを使用して、別の明るいレーザービームをオンまたはオフにします。 制御ビームに数光子しかかからないため、デバイスの効率が高くなります。
スイッチングは、マイクロキャビティ内で発生します。これは、反射率の高い無機構造の間に挟まれた35ナノメートルの薄い有機半導体ポリマーです。 マイクロキャビティは、入射光を可能な限り長く内部に閉じ込めて、キャビティの材料との結合を促進するように構築されています。
この光と物質の結合が新しいデバイスの基礎を形成します。 光子が空洞の材料内の結合した電子正孔対（別名励起子）に強く結合すると、これにより、励起子-ポラリトンと呼ばれる短命の実体が生じます。これは、スイッチの動作の中心にある一種の準粒子です。
ポンプレーザー（0つのうち明るい方）がスイッチを照らすと、同じ場所に何千もの同一の準粒子が生成され、いわゆるボーズアインシュタイン凝縮が形成されます。これは、の「1」と「XNUMX」の論理状態をエンコードします。デバイス。
デバイスの1つのレベルを切り替えるために、チームは、ポンプレーザーパルスの到着直前に凝縮液をシードする制御レーザーパルスを使用しました。 その結果、ポンプレーザーからのエネルギー変換を刺激し、凝縮液での準粒子の量を増やします。 そこにある大量の粒子は、デバイスの「XNUMX」状態に対応します。
研究者たちは、低消費電力を確保するためにいくつかの調整を行いました。まず、効率的なスイッチングは、半導体ポリマーの分子の振動によって支援されました。
秘訣は、ポンプ状態と凝縮状態の間のエネルギーギャップをポリマー内の特定の分子振動のエネルギーに一致させることでした。
次に、チームはレーザーを調整するのに最適な波長を見つけ、シングルショットの凝縮液検出を可能にする新しい測定スキームを実装しました。
第三に、凝縮液をシードする制御レーザーとその検出スキームは、デバイスの「バックグラウンド」放射からのノイズを抑制する方法で一致しました。
これらの対策は、デバイスの信号対雑音比を最大化し、過剰なエネルギーがマイクロキャビティによって吸収されるのを防ぎました。これは、分子振動によってのみデバイスを加熱するのに役立ちます。