직접적인 절전 기능 외에도 스위치는 냉각이 필요하지 않으며 초당 1조 작업으로 작동하며 오늘날의 상용 트랜지스터보다 100배에서 1,000배 더 빠릅니다.
이 장치는 상태를 "0" 또는 "1"로 설정하고 둘 사이를 전환하기 위해 두 개의 레이저에 의존합니다. 매우 약한 제어 레이저 빔은 다른 더 밝은 레이저 빔을 켜거나 끄는 데 사용됩니다. 제어 빔에서 몇 개의 광자만 사용하므로 장치의 효율성이 높습니다.
스위칭은 반사율이 높은 무기 구조 사이에 끼워진 35나노미터의 얇은 유기 반도체 폴리머인 미세 공간(microcavity) 내부에서 발생합니다. 미세 공간은 들어오는 빛을 내부에 갇힌 상태로 유지하여 캐비티의 재료와의 결합을 촉진하는 방식으로 제작되었습니다.
이 광물질 결합은 새로운 장치의 기초를 형성합니다. 광자가 공동의 물질에서 결합된 전자-정공 쌍(엑시톤이라고도 함)에 강하게 결합하면 스위치 작동의 핵심에 있는 일종의 준입자인 엑시톤-폴라리톤이라고 하는 수명이 짧은 개체가 생성됩니다.
펌프 레이저(둘 중 더 밝은 것)가 스위치를 비추면 동일한 위치에 수천 개의 동일한 준입자가 생성되어 "0" 및 "1" 논리 상태를 인코딩하는 소위 보스-아인슈타인 응축물이 형성됩니다. 장치.
장치의 두 레벨 사이를 전환하기 위해 팀은 펌프 레이저 펄스가 도착하기 직전에 응축수를 주입하는 제어 레이저 펄스를 사용했습니다. 결과적으로 펌프 레이저의 에너지 변환을 자극하여 응축수에서 준 입자의 양을 증가시킵니다. 거기에 있는 많은 양의 입자는 장치의 "1" 상태에 해당합니다.
연구원들은 낮은 전력 소비를 보장하기 위해 몇 가지 조정을 사용했습니다. 첫째, 효율적인 스위칭은 반도체 폴리머 분자의 진동에 의해 지원되었습니다.
그 비결은 펌핑된 상태와 응축물 상태 사이의 에너지 갭을 폴리머의 특정 분자 진동 에너지와 일치시키는 것이었습니다.
둘째, 팀은 레이저를 튜닝할 최적의 파장을 찾아내고 단일 샷 응축수 감지를 가능하게 하는 새로운 측정 방식을 구현했습니다.
셋째, 장치의 "배경" 방출로 인한 노이즈를 억제하는 방식으로 응축수를 주입하는 제어 레이저와 그 검출 방식을 일치시켰습니다.
이러한 조치는 장치의 신호 대 잡음 수준을 최대화하고 분자 진동을 통해서만 장치를 가열하는 역할을 하는 미세 공간에 과도한 에너지가 흡수되는 것을 방지했습니다.