Elektronik yerine ışığın kullanıldığı fotonik cihazlar, bilgi işlemde hız ve enerji verimliliğinde önemli avantajlar sunuyor. Son yıllarda, polimerler ve jeller gibi elektrik iletkenliği düşük ancak üretimi kolay ve çevre dostu yumuşak malzemeler üzerinde çalışmalar hız kazandı. Ancak bu tür esnek fotonik teknolojilerde ışığın yalnızca ışıkla kontrol edilmesi gerekliliği büyük bir zorluk olarak ortaya çıktı. İşte tam bu noktada, uluslararası bir bilim insanları ekibi ışığı çok düşük yoğunluklarda, malzemenin fiziksel özelliklerini değiştirmeden kontrol edebilmek için yeni bir yöntem geliştirdi.
Ljubljana Üniversitesi Fizik Profesörü Igor Muševič liderliğindeki ekip, bu yenilikçi cihazı geliştirirken Nobel ödüllü STED mikroskopik tekniğinden ilham aldı. STED (Stimulated Emission Depletion) mikroskopisi, minimal boyutlarda ışık huzmeleri oluşturmak için iki lazer kullanıyor ve bu sayede nanoskopik görüntülemeye olanak sağlıyor. Muševič, verilen konferans konuşmasında bu yöntemin ışıkla ışık manipülasyonuna örnek oluşturduğunu fark etti ve bu bakış açısı cihaz tasarımında dönüm noktası oldu.
Geliştirilen cihaz, elastik özellikleri ve moleküller arası kuvvetlerle şekillenen sıvı kristalden oluşan küresel bir boncuğu temel alıyor. İçine floresan bir boya enjekte edilen bu boncuk, dört polimer yapılı ışık yolu arasında sıkışmış durumda bulunuyor. Bir lazer ışını, bu polimer kanallardan birinden gönderildiğinde, ışık sıvı kristale iletiliyor ve boya molekülleri uyarılıyor. Sıvı kristalin küresel yüzeyinde “fısıltı galerisi modu rezonansı” adı verilen bir etkiyle, fotonlar boncuk içinde defalarca yansıtılarak hapsoluyor ve sonunda farklı polimer kanallan dışarı çıkıyor.
Ekip, cihazın işleyişini kontrol etmek için ikinci bir lazer ışını kullandı. Bu ikinci ışın, farklı renkte olup ilk lazerden hemen sonra ve nanosanisaniye süre farkıyla gönderildiğinde, uyarılmış boya moleküllerinde uyarılmış emisyonu tetikledi. Böylece ikinci lazer, ilk lazerin yaydığı ışığı bastırıyor ve bunu yaparken kendi ışığını kuvvetlendiriyor. Bu süreç, ışığın ışık tarafından kontrol edildiğinin başarılı bir kanıtı oldu.
Önceki yumuşak madde bazlı yöntemlerden farklı olarak, bu yeni teknik malzemenin fiziksel özelliklerini değiştirmeden çalışıyor ve enerji tüketimini yüz kat azaltıyor. Çünkü STED lazeri cihaz içindeki sıvı kristalde defalarca dolaşıyor ve tek bir foton, ilk ışıtmayı yapan boya moleküllerinin enerjisini verimli şekilde harcıyor. Böylece düşük enerjili, sezgisel ve güçlü kontrol mümkün hale geliyor.
Ljubljana Üniversitesi’nden teorik fizikçi Miha Ravnik, ışığın ışıkla kontrolünün fotonik mantık kapıları için kritik olduğunu vurguluyor. Işık sinyallerinin ne zaman ve hangi yönde ortaya çıkacağını yönetmek, optik hesaplama ve bilgi işleme teknolojilerinde devrim yaratabilir. Muševič ise yumuşak madde tabanlı cihazların üretim avantajlarına dikkat çekiyor. Silikon gibi sert materyallerle benzer cihazların üretimi karmaşık ve yüksek sıcaklıklar gerektirirken, sıvı kristal teknolojisi çok daha basit ve hızlı üretim imkanı sunuyor.
Bu teknoloji gelecekte fotonik bilgisayarlar ve hatta optik sinir ağları gibi alanlarda umut vadediyor. Ravnik, mevcut yapay sinir ağlarıyla kıyaslandığında henüz rekabet şansı olmadığını kabul ediyor fakat enerji kayıplarının çok düşük olması ve hesaplama hızlarının çok yüksek olması nedeniyle potansiyelin büyüklüğüne işaret ediyor. Bu çalışma, ışığın kendisiyle kontrol edildiği yeni nesil yumuşak fotonik cihazların önünü açarak geleceğin bilgi teknolojilerine yön verebilir.
📎 Kaynak: spectrum.ieee.org
