科学者は液体結晶の一滴から、将来のフォトニクスチップ用に柔軟な光学トランジスタを作り出しました

新しい「ソフト」フォトニクス：液晶＋ポリマーがエネルギー効率の高いチップへの道を開く

従来の光学電子工学は、シリコンマイクロチップと同じ材料を使用しています。これにより、固体デバイス特有の制約――高い消費電力、複雑な製造技術、限定された柔軟性――が生じます。

スロベニア・リュブラニャ大学の最近の研究では、液晶滴をポリマーボードに配置した「光学トランジスタ」を作ることでこれらの問題を回避できることが示されました。

仕組み
1. デバイス構築
- ピペットで液体滴を柔軟な光導波路（ポリマー）フレームに投入します。
- 滴内部には光に反応する蛍光染料があります。

2. WGM共振の発動
- 低出力レーザーパルスが滴内でWGM（Waveguide Mode Resonance）を励起します。
- フォトンは滴内で壁から何度も反射し、シリコンフォトニクスより2桁低いエネルギーで光を保持できます。

3. 光増幅と切替
- 別の波長・色の低出力パルスが追加で励起され、共振フォトンに余分なエネルギーを与えます。
- その結果、「光スイッチ」が生成され、第二パルスのタイミングによって遅延した光を放射します。

このように、制御信号は極めて低い電力でありながら、出力光フローを完全に制御できるため、従来のシリコンシステムでは不可能です。

重要性
- エネルギー消費の削減：既存フォトニック技術より100倍以上低いエネルギー
- 製造の簡易化：滴を数秒で投入でき、複雑な工程や高温は不要
- 柔軟性：ポリマーボードによりシリコンでは実現不可能な柔軟・独特な幾何学が作れる
- デザイン拡張：単一デバイス内でさまざまな共振腔や複雑な光回路を統合できる

展望
現在の技術はシリコンベースのニューロンネットワークに比べてまだ劣りますが、以下の基盤を築きます。
- 完全光学ロジックゲート
- フォトニックプロセッサ
- 将来のニューロンネットワーク

長期的には、極めて高速でエネルギー効率の高い計算システムへの道を開きます。

ソフトフォトニクスは製造の簡易化、材料の柔軟性、高性能を兼ね備えた光学技術革命を約束します