Illinois araştırmacıları; ses dalgalarının bir bilgisayar çipine sığacak kadar küçük ultrasonik optik diyot üretmek için kullanılabileceğini ispatladı. Optik izolatörler* olarak adlandırılan bu aygıtlar; bilgi işlem ve iletişim için kullanılan, elektronik devrelerin ışığa dayalı eşdeğeri olan fotonik tümleşik devrelerde büyük veri kapasitesi ve sistem boyutu zorluklarının çözümüne yardımcı olabilir.
*Elektrik hatlarında iletkenle direk arasında yalıtımı sağlayan, aynı zamanda iletkeni taşıyan, iletkenin hem toprak hem de diğer iletkenlere karşı izole etmeye yarayan şebeke malzemelerine izolatör denir.
İzolatörler; elektronik diyotlara benzeyen, ters veya “tek yönlü” cihazlardır. Lazer kaynaklarını arka yansımalara karşı korurlar ve ayrıca optik ağlardaki ışık sinyallerinin yönlendirilmesi için de gereklidirler. Günümüzde, bu tür nonreciprocal (karşılıklı olmayan) aygıtlar üretmek için baskın teknoloji; manyetik alanlara tepki olarak optik özelliklerini değiştiren malzemeleri gerektirdiğini gösterir.
Mekanik Bilim ve Mühendislik Profesörü Gaurav Bahl: “Bir fotonik çipte tek yönlü ışığı elde etmek için manyetik olarak tepki veren materyalleri kullanmakla ilgili birkaç sorun var. Birincisi, endüstride sadece çip üzerine kompakt mıknatıslar yerleştirme yeterliliği yok. Ancak daha da önemlisi, gerekli malzemeler fotonik dökümhanelerde henüz mevcut değil, bu yüzden endüstrinin umutsuzca sadece geleneksel malzemeleri kullanan ve manyetikten kaçınan daha iyi bir yaklaşıma ihtiyacı var.”
Nature Photonics Dergisi’nde yayınlanan bir araştırmada, araştırmacılar ışık ve ses arasındaki minik bağlantının neredeyse tüm fotonik materyalleri olan nonreciprocal (karşılıklı olmayan) cihazları mümkün kılan benzersiz bir çözüm sunmak için nasıl kullanıldıklarını açıklıyor.
Ancak, araştırmacılara göre, cihazın fiziksel boyutu ve malzemelerin bulunabilirliği, sanatın mevcut durumu ile ilgili tek sorun değil.
Yüksek Lisans Öğrencisi Benjamin Sohn: “Kompakt manyetik optik izolatörler üretmeye yönelik laboratuvar girişimleri her zaman geniş optik kayıplara maruz kalmıştır. Fotonik endüstrisi bu materyalle ilgili kayıpları karşılayamıyor ve ayrıca geleneksel manyetik tekniğe kıyasla, yeterli bant genişliği sağlayan bir çözüme ihtiyaç duyuyor. Şimdiye kadar rekabetçi bir manyetizma yaklaşımı olmamıştır.”
Yeni cihaz sadece 200 mikron boyutunda, (santimetre kareden yaklaşık 10.000 kat daha küçük) ışığı ileten ve fotonik dökümhanelerle uyumlu, şeffaf malzeme alüminyum nitrürden yapılmıştır.
Sohn; “Ses dalgaları, piezoelektrik hoparlörlere benzer şekilde, doğrudan elektron ışınlarıyla alüminyum nitrit üzerine yazılan küçük elektrotları kullanarak üretilir. Bu ses dalgaları, cihaz içindeki ışığı yalnızca bir yönde ilerletmeye zorladığı zaman manyetizatör izolatörün gigahertz bant genişliğini aşar.”
Araştırmacılar, bu izolatörlerin bant genişliğini veya veri kapasitesini artırmanın yollarını arıyor. Mükemmel olduktan sonra, fotonik iletişim sistemleri, jiroskoplar*, GPS sistemleri, atomik zaman işleyişi ve veri merkezlerinde dönüştürücü uygulamalar öngörülüyor.
*Jiroskop; yalnız kütle merkezi sabit olan ve her yöne dönebilen bir kütle veya tekerlektir. Tam olarak bir jiroskop, dönen bir silindir veya tekerlek, rotor ve eksenden oluşur. Eksen, rotor içinde dönebileceği bir çember üzerine yataklanmıştır. Bu çember de dik açı ile başka bir çembere kenetlenmiştir. Son dış çember ise hem iç hem de dış çemberle dik açı yapan bir çerçeveye kenetlenmiştir.

Bahreyn: “Veri merkezleri muazzam miktarda internet veri trafiğini ele alıyor ve ağlar kurmak, sunucuları soğutmak için büyük miktarda enerji harcıyor. Arzulanan ışık temelli iletişim; çünkü çok daha az ısı üretmesi, yani saniyede çok daha fazla veri iletirken çok daha az enerji sunucu soğutması için harcanabilir.”
Bahl: “Günlük hayatta ışığın ışıkla etkileşimini görmüyoruz. Işık garip bir şey yapmadan şeffaf cam bir bölmeden geçebilir. Araştırma alanımız ışık ve sesin aslında çok ince bir şekilde etkileşime girdiğini bulmuştur. Eğer doğru mühendislik ilkelerini uygularsanız, şeffaf efektleri geliştirmek ve bu büyük bilimsel mücadeleyi çözmek için doğru yoldan bir materyal. Neredeyse büyülü görünüyor.”