Bilişim
Perovskitler Fotonik Hesaplamanın Anahtarı Olabilir mi?
From Solar To Photonics
Perovskitler, güneş enerjisindeki potansiyelleri nedeniyle giderek daha fazla araştırılan yeni bir malzeme türüdür. Yarı iletken kristaller, geleneksel silikon bazlı güneş panellerinden daha güçlü bir şekilde ışığı elektriğe dönüştürebilir.
Source: iRocks
Bu, daha önce “The Solar Age—A Bright Future To Mankind” başlıklı yazımızda tartıştığımız güneş paneli teknolojisini geliştirmek için olası bir yoldur. Şimdi perovskitlerin başka bir alanda, yani bilgisayar teknolojisinde silikona rakip olabileceği ortaya çıkıyor.
Geleneksel silikon işlemciler giderek küçülürken, endüstri hesaplamayı farklı bir şekilde gerçekleştirecek yöntemler arıyor. Bu bağlamda düşünülen bir yöntem, ışığın veri taşıyıcısı olduğu ve elektriğin yerine geçen fotonikdir. Böylece hesaplamalar ışık hızıyla yapılabilir ve geleneksel elektronik hesaplamada olduğu kadar çok transistöre ihtiyaç azalır.
Bunu başarmak için önerilen fotonik bilgisayar sistemleri inşa yöntemi, silikonu lazer tabanlı nanoskopik manipülasyonunu ve daha iyi ışık‑ses dönüşüm sistemlerini içeriyor.
Fotonik teknolojisinin çoğu başlangıçta silikon tabanlı çözümlere odaklanmıştır; çünkü bu, çip üretim endüstrisinin en iyi anladığı malzemedir.
Yine de, ışık ve elektriği aynı anda işleyebilen bir malzeme olan perovskitlerin fotonik bilgisayarlar için mükemmel bir temel oluşturması mantıklı olur.
Shaping Perovskite Crystals At Will
Bu, Varşova Üniversitesi Fizik Fakültesi araştırmacılarının Polonya, İtalya, İzlanda ve Avustralya’dan kurumlarla iş birliği içinde izlediği mantıktı. Perovskit temelli fotonik alanında daha fazla ilerleme sağlamak için perovskit kristallerini hassas bir şekilde “kesme” yöntemi geliştirdiler. Yöntemlerini “Predesigned perovskite crystal waveguides for room-temperature exciton–polariton condensation and edge lasing” başlıklı makalelerinde ayrıntılı olarak açıkladılar.
Kullandıkları malzeme, CsPbBr3 (sezyum‑kurşun‑bromür) adlı bir perovskit türüdür. Düşük enerji gerektiren doğrusal olmayan ışık amplifikasyonu sayesinde optik uygulamalar için büyük bir potansiyele sahiptir. Bu, malzemenin çok az enerji tüketimiyle ışığı yükseltebileceği ve modüle edebileceği anlamına gelir; bu da fotoniklerin elektroniğe göre temel avantajlarından biridir.
Yöntemleri, CsPbBr3 kristallerini basit köşelerden pürüzsüz eğrilere kadar her türlü şekle dönüştürmeyi başardı. Bu, kristallografi alanında genellikle elde edilmesi çok zor bir şeydir.
Ayrıca, bu kristaller herhangi bir alt tabaka üzerine üretilebilir, bu da mevcut fotonik cihazlarla uyumlu olmalarını sağlar. Dolayısıyla yenilikçi olmalarına rağmen, faydalı hâle gelmek için tamamen yeni bir fotonik teknoloji alanının geliştirilmesini gerektirmezler.
How They Did It
Araştırmacıların perovskit kristallerini büyütmek için kullandıkları birçok yöntem, yarı iletken endüstrisinin bildiği yöntemlerden türetilmiştir. Örneğin, çözeltinin konsantrasyonunu ve büyüme sıcaklıklarını sıkı bir şekilde kontrol ederken, doygun çözücü buharları atmosferini korurlar.
Daha sonra, elektron ışını litografi ve plazma aşındırma ile üretilen neredeyse atomik düzeyde pürüzsüz galyum arsenid şablonları kullandılar. Galyum arsenid, özellikle LED ışık üretiminde kullanılan iyi bilinen bir malzemedir.
Mikroakışkan bir yaklaşım kullanarak, kristali şablondan alınan herhangi bir şekille kalıplanabilen dar polimer kalıplarda büyütmeyi başardılar.
What Can Photonic Perovskites Do?
Power Control Over Light
Kristaller aynı zamanda güçlü doğrusal olmayan optik etkiler gösterdi. Doğrusal olmayan optik, bir ışık ışınının renk ve şeklini uzay ve zaman içinde değiştirmemizi ve insanlar tarafından şimdiye kadar üretilen en kısa olayları yaratmamızı sağlar; bu fenomenler fotonik hesaplamalar için son derece faydalıdır.
Quantum Effects
Perovskit kristalinden yayılan ışık, Bose‑Einstein yoğunlaşması adı verilen çok özel bir madde durumundan üretilir.
Source: UCSB Physics Department
Bu, katı, gaz, sıvı ve plazma dışında beşinci madde hâlidir; burada birçok atom, sıradan madde yerine dalga gibi davranabilir. Bu açıdan, birden çok atomun yalnızca alt‑atomik parçacıkların yapabildiği şekilde davranmasını sağlar ve kuantum etkilerini neredeyse makroskobik bir ölçekte görünür kılar.
Perovskit kristallerinin bu durumu, Bose‑Einstein yoğunlaşmasının belirli bir alt türü olan bir eksiton‑polariton yoğunlaşması oluşturdu.
Dolayısıyla, gözlemlenen doğrusal olmayan etkiler muhtemelen yoğunlaşma içindeki etkileşimlerle bağlantılıdır.
Perovskit yapıların benzersiz özellikleri sayesinde, yoğunlaşma kristaller içinde uzun mesafeler kat edebilir ve yayılan ışık hava boşlukları üzerinden komşu yapılara ulaşabilir.
Dr. Helgi Sigurðsson – Faculty of Physics University of Warsaw
Bu Bose‑Einstein yoğunlaşmalarını istendiği gibi oluşturup manipüle edebilmek, bilim insanlarına ışığı son derece hassas bir şekilde yayma ve dağıtma imkanı tanır.
Bu, güvenilir ve yüksek performanslı fotonik çipler geliştirmek için gerçekten faydalı olacaktır.
Simulations For Better Prediction
Araştırma makalesi ayrıca karmaşık hesaplamalar sayesinde karmaşık şekilli 3B yapıların bir simülasyonunu ve bu yapıların fotonik modlar üzerindeki etkisini nasıl oluşturduklarını ve görüntülerinin nasıl oluştuğunu açıkladı.
“Bu keşif, klasik ve kuantum hesaplama görevlerini aynı anda yürütebilen kompakt “çip‑üzerinde” sistemlerde kullanılmalarını sağlar.
Tek foton seviyesinde çalışabilen, nanolazerleri dalga kılavuzları ve diğer bileşenlerle tek bir çipte bütünleştiren gelecekteki cihazların kapısını açacağını öngörüyoruz.”
Prof. Michał Matuszewski – Center for Theoretical Physics of the Polish Academy of Sciences
Dolayısıyla, gelecekteki çalışmalar, elektriksiz fotonik ve veri iletimi için faydalı optik etkileri öngörebilecek.
Future Applications
Photonic-Quantum Computer
Bu keşiflerin perovskitlerde kullanılmasının temel avantajlarından biri, bu kristallerin oda sıcaklığında çalışabilmesidir.
Bu çok önemlidir, çünkü genellikle Bose‑Einstein yoğunlaşma etkileri mutlak sıfırın hemen üzerindeki sıcaklıklarda gözlemlenebilir. Bu da onları sıradan bilgisayarlar için çok daha az pratik ve kullanışlı kılar.
Bu, kuantum bilgisayarları ile fotonikleri arasındaki sınırı bulanıklaştırabilir; gelecekteki bilgisayar sistemleri belki ikisini aynı anda kullanabilir.
Bu, dalga kılavuzları, çiftleyiciler, bölücüler ve modülatörler gibi doğrusal olmayan fotonik gibi çok gelişmiş kavramları içerir.
Silicon-Perovskites Computing
Bu yeni ince ayarlanmış perovskit kristallerinin bir diğer özelliği, silikon ve galyum arsenid alt tabakalarla uyumluluklarıdır. Böylece mevcut silikon ve diğer yarı iletken teknolojileriyle kolayca birleştirilebilirler.
Bu, mevcut bilgisayar teknolojisi ile fotonik benimsemesi arasındaki boşluğu büyük ölçüde azaltabilir; fotonik, tamamen yeni bir paralel teknoloji setine ihtiyaç duymadan, önce sınırlı uygulamalar için geliştirilip benimsenebilir.
Investing In Perovskite & Photonics
Güneş enerjisi ve bilgisayar alanındaki mevcut uygulamalar sayesinde, perovskitler ve fotonikler zaten yatırım yapılabilir, hatta bunlar malzeme bilimleri ve bilgisayar yeniliklerinin sınırında olsa bile.
Fotonik şirketlerine birçok aracı kurum aracılığıyla yatırım yapabilirsiniz ve burada, securities.io üzerinde, ABD, Kanada, Avustralya ve Birleşik Krallık için en iyi aracı kurum önerilerimizi ve diğer birçok ülke için de bulabilirsiniz.
Belirli fotonik şirketlerini seçmekle ilgilenmiyorsanız, Global X Cloud Computing ETF (CLOU), Defiance Quantum ETF (QTUM) veya ProShares Nanotechnology ETF (TINY) gibi ETF’lere de bakabilirsiniz; bu fonlar fotonik endüstrisinden faydalanmak için daha çeşitlendirilmiş bir maruziyet sağlayacaktır.
Ayrıca “En İyi 10 Silikon Dışı Bilgisayar Şirketi” hakkındaki makalemizi de okuyabilirsiniz.
Photonics Companies
1. JABIL
(JBL )
2023 sonunda, Intel fotonik işini yarı iletken üreticisi Jabil (JBL) şirketine devretmeye karar verdi.
Daha kesin bir ifadeyle, Intel’in silikon fotonik alıcı‑verici teknolojisini satın aldı; bu teknoloji optik sinyaller ile silikon üzerindeki elektronik sinyaller arasındaki boşluğu kapatabilir.
“Intel’in modülleri büyük veri merkezlerinde Ethernet anahtarlarını bağlamak için kullanılır, ancak bant genişliği talebi arttıkça firma, gelecekteki veri merkezi ağlarını ölçeklendirmek için gerekli bant genişliği yoğunluğunu sağlamak amacıyla anahtar ASIC’leriyle birlikte paketlenmiş silikon fotonikleri beklemektedir.
Jabil, müşterilerin veri merkezlerine yenilikçi teknolojileri entegre ederken, yapay zekanın tetiklediği artan güç ve soğutma gereksinimlerini karşılamak için son derece iyi bir konumdadır.”
Matt Crowley, Jabil’s senior VP of cloud and enterprise infrastructure
Bu, şirketin fotonik departmanına ekstra IP getirdi; bu departman zaten fotonik tabanlı teknolojileri ticarileştiriyor:
- Fiber bağlama çözümleri: aktif hizalama, pasif hizalama, tek fiber, fiber dizisi.
- Montaj çözümleri: pick‑and‑place, die bond, wire bond, flip chip, reflow.
- Epoksi Uygulama ve Yönetimi: seçim, karakterizasyon, dağıtım.
- Kapsülleme çözümleri: gold box, dam‑and‑fill, glob‑top.
- Serbest alan optiği: lensler/lens dizileri, ışın şekillendiriciler, bölücüler, dağıtıcılar, dalga kılavuzları.
Jabil, otomotiv üreticileri, sağlık & ambalaj, endüstri şirketleri, 5G kablosuz gibi alanlardan milyarlarca dolarlık gelir elde eden çeşitlendirilmiş bir iş yapısına sahiptir. 2024 yılında toplam 27,5 milyar dolar gelir elde etmiştir.
Şirket, ışık dizileri için bölücü, şekillendirici vb. üretmedeki mevcut rolü göz önüne alındığında, daha iyi fotonik teknolojiden büyük ölçüde fayda sağlayabilir.
Intel IP’si ayrıca silikon ile perovskit kristallerinin yaydığı ışık arasındaki boşluğu kapatmaya yardımcı olabilir.
Yapay zeka uygulamaları için çipler arası bağlantı talebi arttıkça, bu fotonik için ilk büyük atılım olabilir; (hala) silikon tabanlı hesaplamayı fotonik tabanlı optik ağlarla birleştirmede rol oynayabilir.
2. II-VI Marlow / Coherent
(COHR )
Coherent, 26.000’den fazla çalışanı olan büyük bir sanayi holdingi ve lazer teknolojisinde liderdir; bu, ileri malzeme şirketi II‑VI Marlow ile lazer üreticisi Coherent’in birleşmesinden doğmuştur.
Şirket, indiyum fosfit, epitaksiyel waferlar ve galyum arsenid gibi lazer, optik ve fotoniklerde kullanılan ileri malzemelerde uzmandır.
Geçtiğimiz on yılda bir dizi satın alma sayesinde büyük ölçüde büyümüştür.
Source: Coherent
Şirketin gelirlerinin %29’u lazerden, geri kalan kısmı ise optik fiber, elektronik ve enstrümantasyon gibi ilgili ekipmanlardan gelmektedir.
Source: Coherent
Şirketin termofotovoltaik (önceki bir makalemizde tartıştığımız), silikon karbür, lazer ve elektronik gibi ileri malzemelerdeki varlığı, hassas üretim, katmanlı imalat (3D baskı), elektrifikasyon ve yenilenebilir enerji gibi yapısal trendlerden faydalanmasını sağlar.
Şirket, son zamanlarda silikon karbür işini yeni bir varlık haline ayırdı; bu varlığın %75’i Coherent’e, geri kalan %25’i ise eşit olarak Mitsubishi Electric (silikon karbür güç IP’si getiriyor) ve Denso’ya (elektrifikasyon ve güç yarı iletkenlerinde otomotiv tedarikçisi olarak faaliyet gösteriyor) ait.
