Ny dansk nanolaser kan halvera datorers energiförbrukning

Dagens datorer, mobiltelefoner och stora serverhallar flyttar merparten av sin interna data genom tunna metallbanor med hjälp av elektriska laddningar. Denna metod skapar elektriskt motstånd och kraftig spillvärme, vilket begränsar processorernas hastighet och driver upp energiförbrukningen. Nu har ett forskarlag vid Danmarks Tekniska Universitet (DTU) konstruerat en mikroskopisk nanolaser inbäddad i ett halvledarmembran. Innovationen, som presenteras i tidskriften Science Advances, är så kompakt att tusentals sådana lasrar kan rymmas på ett enskilt datachip och minska energiförbrukningen vid intern datatransport med upp till 50 procent.

Men hur fungerar egentligen tekniken, och vad har hindrat forskarna från att göra detta tidigare? Medan internet sedan länge använder ljuspulser i fiberoptiska kablar för långväga datatrafik, har optisk överföring inne på enskilda chip stoppats av fysikaliska storleksgränser. När en laser görs extremt liten läcker ljus normalt ut ur materialet, vilket tidigare har krävt kryogen nedkylning för att åstadkomma en fungerande laserstråle. DTU-forskarna löste problemet genom att utforma en skräddarsydd nanokavitet med så kallad extrem dielektrisk inneslutning. Geometrin fångar och koncentrerar både fotoner och elektroner i samma mikroskopiska utrymme, vilket gör att lasern kan arbeta effektivt i vanlig rumstemperatur.

Utvecklingen bedöms få stor betydelse för bland annat globala datacenter, som i dag förbrukar omkring två procent av världens samlade elproduktion. Genom att flytta data med fotoner alstras betydligt mindre värme, vilket minskar såväl energitappet i processorerna som behovet av omfattande kylanläggningar. Forskarna räknar med att de återstående tekniska stegen, framför allt att integrera direkt elektrisk drivning i komponenten, kan lösas inom fem till tio år.