Forskare vid Monash University har utvecklat en banbrytande krets i nanoskala som kan generera, styra och avläsa ljusbaserad information – allt på ett enda chip.
Den nya tekniken, som utvecklats av forskare vid Monash School of Physics and Astronomy, kombinerar avancerade material och nanoteknik för att övervinna en långvarig utmaning inom ”valleytronics” – ett framväxande område som kan ligga till grund för snabbare och mer energieffektiv databehandling samt kvantteknik.
För första gången har teamet demonstrerat ett helt integrerat system som kan generera speciella ljussignaler, styra dem i exakta riktningar och omvandla dem till elektriska signaler, allt inom en kompakt, chipbaserad enhet.
Dessa ljussignaler bär information med hjälp av en egenskap som kallas ”valley degree of freedom”, en kvantegenskap hos material som kan utnyttjas för att koda och bearbeta data på helt nya sätt.
Att lösa en långvarig flaskhals
Huvudförfattaren till studien, som publicerades i Nature Photonics, dr Chi Li, säger att genombrottet löser ett viktigt flaskhalsproblem som har begränsat området i åratal.
”Hittills har vi kunnat generera eller detektera dessa signaler, men inte göra allt i en enda integrerad enhet”, säger dr Li.
”Det vi har byggt är ett komplett system på chip som kan skapa, styra och avläsa denna information med mycket hög precision.”
Enheten fungerar genom att använda ultratunna material, bara några atomer tjocka, i kombination med specialdesignade nanostrukturer som styr hur ljuset beter sig i extremt små skalor.
Dr Xing, medförstaförfattare och forskare vid Monash University, säger: ”Vi använder en enkel staplingsmetod för att integrera ultratunna material med metaytor, vilket övervinner de tekniska utmaningarna med direkt materialtillväxt på fotoniska strukturer och möjliggör ytterligare framsteg inom valleytronik.”
Redo för praktiska tillämpningar
Viktigt är att systemet fungerar vid rumstemperatur, vilket gör det betydligt mer praktiskt för tillämpningar i verkligheten än många kvanttekniker som kräver extrem kylning.
Seniorförfattaren Dr. Haoran Ren, ARC Future Fellow och ledare för Monash NanoMeta Group, säger att arbetet öppnar dörren till en ny klass av kompakta, programmerbara fotoniska enheter.
”Detta är ett viktigt steg mot skalbara, chipbaserade tekniker som använder ljus istället för elektricitet för att bearbeta information”, säger Dr. Ren.
”Det har stor potential för tillämpningar inom kvantdatorer, avancerad bildbehandling och nästa generations optiska kommunikationssystem.”
I en imponerande demonstration kodade och bearbetade teamet framgångsrikt två olika bilder samtidigt med hjälp av enheten, vilket visade hur den kan hantera flera informationsströmmar på en gång.
Forskarna säger att tekniken på sikt kan möjliggöra snabbare och mer energieffektiva datorsystem, samt nya metoder för säker kommunikation och databehandling.
Globalt samarbete bakom framsteget
Arbetet representerar ett stort framsteg när det gäller att överbrygga klyftan mellan experimentell fysik och praktiska, integrerade tekniker.
”Detta är ett viktigt steg mot helt integrerade valleytroniska system”, sade professor Stefan A. Maier, chef för Institutionen för fysik och astronomi samt Nanofotoniklaboratoriet vid Monash. ” Genom att kombinera ljus och kvantmaterial på ett chip kan vi få tillgång till nya sätt att koda och bearbeta information.”
Studien samlar forskare från Australien, Kina, Singapore, Tyskland och Japan, som kombinerar expertis inom nanofotonik, tvådimensionella material och optoelektronik. Teamet vid Monash University bestod av dr Chi Li, dr Kaijian Xing, professor Michael S. Fuhrer, professor Stefan A. Maier och dr Haoran Ren.
Viktiga bidrag kom även från Singapore University of Technology and Design, LMU München och University of Technology Sydney.
Publiceringsuppgifter
Nature Photonics (2026). doi.org/10.1038/s41566-026-01916-0
