Permanent computergeheugen kan geheel op fotonen werken

Een geheugenelement dat zuiver werkt met fotonen is een stap op weg naar een ultrasnelle optische computer.

Grote hoeveelheden data zijn het efficiëntst te versturen als lichtpulsjes door glasvezelkabels, maar het verwerken en opslaan gebeurt nog altijd met kleine elektronische stroompjes in processors en RAM-geheugen. Onderzoekers van onder andere de universiteit van Oxford presenteren nu in Nature Photonics een nieuw optisch geheugenelement, dat met licht uitgelezen, beschreven, en ook gewist kan worden.

Een lichtgeheugen zou onderdeel kunnen zijn van puur optische informatietechnologie, waarbij niet steeds lichtpulsen in elektrische stroompjes omgezet hoeven te worden (en andersom). Een optische computer kan sneller, efficiënter en zuiniger werken dan de huidige elektronische.

Het nieuwe geheugenelement bestaat uit een 500 nanometer breed plakje van de exotische stof germaniumantimoontelluur, die in twee toestanden kan voorkomen. Er is de nette kristallijne toestand (de ‘0’), waarbij alle atomen in een geordende kristalstructuur zitten. En er is de rommelige amorfe toestand (’1’), die ontstaat als het materiaal smelt en snel afkoelt, zodat de atomen geen tijd hebben om zich netjes te rangschikken.

Het elementje is uit te lezen door er een kort lichtpulsje doorheen te schijnen. De amorfe ‘1’-variant laat licht beter door dan de kristallijne ‘0’. Het schrijven gebeurt met feller licht: een intense lichtpuls smelt het elementje, dat razendsnel weer stolt in amorfe vorm (‘1’). Een iets minder intense puls verwarmt het elementje zonder dat het smelt, maar daarna hebben de atomen tijdens het afkoelen de tijd om zich kristallijn te rangschikken (‘0’).

Vergelijkbare ‘faseveranderingsmaterialen’ zijn eerder gebruikt als optisch geheugen, onder andere in cd’s en Blu-ray-schijfjes. Nieuw in dit geval zijn de extreem hoge schakelsnelheid van 1 gigahertz en vooral het feit dat het element zelf kleiner is dan de golflengte van het gebruikte licht. Daardoor is het goed miniaturiseerbaar.