DIỄN ÐÀN CHUYÊN MÔN

MIT researchers have demonstrated the first laser built from germanium that can emit wavelengths of light useful for optical communications - (Christine Daniloff for MIT)

Các nhà nghiên cứu của MIT lần đầu tiên đã biểu diễn việc bắn ra tia laser từ germanium, có thể ứng dụng trong kỹ thuật truyền thông quang học, trong đó có việc làm ra những con chip điện tử vận hành với tốc độ ánh sáng, trong điều kiện nhiệt độ bình thường, mà không cần phải dùng đến hệ thống giảm nhiệt phức tạp rất tốn kém để hạ nhiệt xuống dưới 123 Kelvin ( −150 °C, −238 °F ). Tuy nhiên từ nay cho đến ngày các dụng cụ laser quang học làm bằng germanium được bán ra thị trường có thể phải cần thêm nhiều năm nữa.

Lướt web với tốc độ ánh sáng
Surf the Web at the Speed of Light

By ERIC BLAND - ABC NEWS/Technology
March 6, 2010
Lee Rainie, of the Pew Internet Project, talks about his study's latest findings

Light-speed computing is one step closer to reality.

Scientists from the Massachusetts Institute of Technology have created a new infrared laser made from germanium that operates at room temperature.

The research removes the cryogenic cooling systems previously needed for infrared lasers and could lead to powerful computer chips that operate at the speed of light.

"Using a germanium laser as a light source, you could communicate at very high data rates at very low power," said Jurgen Michel of the Massachusetts Institute of Technology, who developed the new germanium laser. "Eventually you could have the computing power of today's supercomputers inside a laptop."

The creation of a new laser, even one based on germanium, is not newsworthy; more than 15,000 different lasers, some of which use germanium, have been created since the 1950s. What makes this particular germanium laser unique is that it creates an infrared beam at room temperature.

Until now infrared germanium lasers required expensive cryogenic cooling systems to operate. The new germanium laser operates at room temperature.

Laser Could Lead to Computer Chips That Operate at Speed of Light

Light-Speed Laser Is Still Years Away

To create the germanium laser, the scientists take a six-inch, silvery-gray disk of silicon and spray it with a thin film of germanium. These same disks are actually used to produce chips in today's computers.

An electrically powered, room-temperature, infrared laser for laptop computers is still years away, however, cautioned Michel. If and when those laptops do arrive, they will be powerful -- more powerful in fact than even today's supercomputers.

The battery that powers the laptop won't necessarily last any longer, but the power it does hold will make calculations orders of magnitude faster than today.

"We can't keep doing what we are currently doing," said Tom Koch, a scientist at Lehigh University who was familiar with the work but not directly involved with it.

"We need high-density, low-power solutions," said Koch. Computer chips are constantly getting smaller and smaller, but they are approaching the fundamental limits of electron-based computing. Light-based computing is one option to improve the speed and power of computers.

Germanium-Based Optical Computing Is Especially Attractive

Germanium-based optical computing is an especially attractive material for optical computing because it wouldn't require any change to the existing computer chip industry, Koch said. The same machines that use silicon could also use germanium to make future chips.

Despite germanium's advantages, Koch agreed with Michel that years will pass before any consumer devices are made with germanium. Scientifically, however, "this is a really nice result," said Koch.

People have tried to use germanium for an infrared laser for decades without success. The fact that the MIT scientists got the laser working at all is quite impressive, said Koch.

*********************************************************************

Lasers made of silicon-compatible material could bring optical data transmission onto computer chips - Image: David Freund/iStockphoto

FIRST GERMANIUM LASER

BY Neil Savage // February 2010
http://spectrum.ieee.org/semiconductors/optoelectronics/first-germanium-laser

10 February 2010—A laser made of germanium may open the door to optical interconnects on computer chips that have multiple processing cores, say researchers at MIT, who recently demonstrated such a laser.

The group, led by Jurgen Michel, a research scientist at MIT’s Microphotonics Center, achieved low-level lasing at room temperature with a laser built from layers of germanium grown on a silicon wafer and powered by pulses from a separate laser. The paper is set to be published soon in Optics Letters.

Michel envisions using such a laser to make an optical bus, which would carry data around a multicore microprocessor. On a chip with 64 cores, such a system could have 40 times the power efficiency of traditional wire connections, he estimates. And in the next few years, chips with hundreds of cores are expected to make the concept even more useful. Another approach to such a system involves bonding lasers that are made of compound semiconductors and built separately onto silicon chips, but that could prove too costly and error prone for mass production. Germanium is already used in silicon manufacturing processes, and growing a laser directly on a chip should be vastly more efficient, Michel says.

Germanium, like silicon, is an elemental semiconductor that doesn’t easily emit light, because it has an indirect band gap. So when electrons within the germanium are excited by an outside energy source, such as a laser, and then drop back to a lower-energy state, they emit the excess energy as heat rather than light. To get the material to produce photons instead, the researchers had to alter the germanium to achieve a direct band gap.

“Luckily with germanium, the difference between the direct and the indirect band gap in terms of energy is not that great,” Michel says.

The researchers used two tricks to make up that difference. First they doped the germanium with phosphorus. The electrons in the phosphorus occupy the lower-energy state so that it’s no longer available to excited electrons, which instead drop to the direct band-gap energy. ”We filled the indirect band gap so much that the electrons would spill into the direct band gap,” Michel says.

The team doped the germanium with 1019 atoms of phosphorus per cubic centimeter. Michel says they need to increase that to at least 5 x 1019 to get about 10 times as much light out of the laser and thus make it practical. At the high temperatures used to make the laser, phosphorus tends to leak out faster than the researchers can put it in, so such an increase will require changes to their doping methods.

Increasing the doping will also produce a wider range of laser wavelengths. In the experiment, the team saw light from 1590 to 1610 nanometers, but with more doping that could become 1500 to 1620 nm. Silicon is transparent at those wavelengths, so the same material used to build circuits could also build waveguides to route the light around a chip.

The team also reduced the difference between the two energy states by putting mechanical strain on the germanium. They built the device by depositing a silicon oxide on a silicon chip, with a 1.6-micrometer-wide trench in the oxide; then they grew the germanium in the trench at about 600 °C. They annealed the device at 850 °C. Because silicon and germanium shrink at different rates as they cool from the annealing temperature, the process stretched the germanium so that its atoms were farther apart.

“The key issue for applications is whether an electrically pumped laser can be made,” says Philippe Fauchet, a professor at the University of Rochester’s Institute of Optics, who calls the work “really important.” Using electricity instead of another laser to power the device is necessary to make the laser practical for on-chip use.

It will also need to emit light in a continuous wave instead of in pulses, as it does now. Michel says there appears to be a clear path to reaching those goals, though he expects it to take at least a couple of years.

About the Author

Neil Savage writes about optoelectronics and other technology from Lowell, Mass. In January 2010 he reported on a new way to get silicon to emit light by using plasmonic waveguides.

Google thí nghiệm cho khách hàng được truy cập Internet nhanh hơn cách truy cập hiện nay tới 100 lần.

Google sẽ tung ra cách truy cập Internet cực nhanh
Source: VOA News

Công ty Google cho biết, họ sẽ thiết lập một mạng lưới thí nghiệm mới tại một số địa điểm, cho khách hàng được truy cập Internet nhanh hơn cách truy cập hiện nay tới 100 lần.

Các giới chức Google nói rằng, hệ thống đang thí nghiệm này sẽ được triển khai tại những khu vực nhỏ ở Hoa Kỳ và phục vụ từ 50 ngàn tới 500 ngàn khách hàng.

Các giới chức tại công ty có công cụ tìm kiếm nhanh dữ liệu trên Internet này nói rằng, tốc độ cao hơn có thể giúp các bác sĩ khi cho họ những hình ảnh video cực nhiều chi tiết của các bệnh nhân ở những địa điểm rất xa.

Tốc độ cực nhanh cũng sẽ giảm thiểu thời gian cần thiết để tải các phim tài liệu với độ phân giải cao, và chắc sẽ khuyến khích những xử dụng Internet mới mẻ.

Giới hữu trách Hoa Kỳ hoan nghênh hành động của Google. Mới đây, Ủy Ban Truyền Thông Liên Bang nói rằng, trong một thời gian ngắn nữa họ sẽ công bố một kế hoạch cải tiến việc truy cập Internet trên khắp nước.

Nam Hàn hướng tới xe điện trực tuyến trong tương lai

Source: VOA news

Cựu Tổng thống Hoa Kỳ Clinton và các vị Thị trưởng từ khắp thế giới tuần này đang dự một hội nghị cấp cao tại Hán thành nhằm giảm bớt khí thải nhà kính trên toàn thế giới. Ông Boris Johnson, thị trưởng London tuyên bố các thành viên tham dự hội nghị hy vọng có thể nhất trí về những phương kế chấm dứt tình trạng ghiền xử dụng máy móc tiêu thụ năng lượng nhiệt trên thế giới. Theo tường trình của thông tín viên đài VOA từ Hán Thành, các khoa học gia Nam Triều tiên đang đề xuất một giải pháp trung dung.

Tổng thống Nam Triều Tiên (trái) quan sát chiếc xe chạy điện trực tuyến tại Viện Công nghệ và Khoa học Cao cấp Triều Tiên ở Daejeon. Tại Trường Đại học Kỹ thuật hàng đầu của Nam Triều Tiên, chiếc xe hơi chạy bằng điện của ngày mai không đòi hỏi việc sạc hay đổi bình, bởi vì nó có thể lấy năng lượng ngay từ trên đường.

Viện Công nghệ và Khoa học Cao cấp Triều Tiên có trụ sở ở Daejeon cách Hán thành 150 kilomet, đang nghiên cứu về một chiếc xe gọi là 'OLEV'. Đó là tên gọi tắt của Online Electric Vehicle, tạm dịch là Xe chạy bằng điện trực tuyến.

Vào thời điểm hiện tại, chiếc xe vừa nói chỉ giống như một chiếc xe chạy trong sân golf đã được nâng cấp. Nhưng giáo sư kỹ thuật Cho Dong-ho, giám đốc chương trình OLEV cho biết họ đang tiến hành một công nghệ đột phá.

Ông Cho nói: "Mẫu xe này sẽ có một hệ thống cung cấp năng lượng đặt ngầm dưới đất.”

Một đoạn đường mà Viện Công Nghệ Khoa học Cao cấp Triều tiên, gọi tắt là KAIST, đặt ra để thử nghiệm, có những dây cáp cung cấp năng lượng chôn dưới một đoạn đường mà trên đó chiếc xe sẽ chạy qua. Những máy hấp thu bằng từ tính nằm dưới đáy xe sẽ hút năng lượng dưới đất qua những luồng không khí sẽ giúp sạc bình mà không cần có thiết bị nối cụ thể nào. Những đoạn hút năng lượng này được đặt tại những giao lộ và nhiều nơi mà xe cộ thường tự nhiên chạy chậm lại, nhờ vậy xe cộ sẽ có thể sạc tới mức tối đa.

Giao sư Cho nói rằng công nghệ vừa nêu sẽ có rất nhiều điểm lợi, nhưng cần thêm thời gian mới hoàn tất được.

Theo giáo sư Cho, việc quảng bá công nghệ mới này sẽ tự động giải quyết nhiều vấn nạn về môi trường và sự khan hiếm nhiên liệu tại Nam Triều tiên. Theo ông, khó khăn chính là tạo dựng một hạ tầng cơ sở tốt và rộng lớn hơn.

Giáo sư Cho nói thêm nếu những cuộc thử nghiệm hiện tại thành công, một cuộc thử nghiệm qui mô ngay tại hiện trường sẽ được hoạch định tại thủ đô Nam Triều tiên. Sau đó, những thành phố khác tại địa phương cũng sẽ có cơ hội áp dụng loại xe chạy bằng điện trực tuyến này.

Một trong những điểm hấp dẫn chính của mẫu xe vừa kể là nó hủy bỏ việc cần thiết phải có hằng hà sa số những trạm sạc bình cho mỗi chiếc xe, và rồi người ta sẽ không cần liên tục đem đổi bình. Thay vì như vậy, những tuyến sạc bình xe sẽ nối kết với những trạm lớn hơn, mà Nam Triều tiên dự kiến sẽ sạc qua các cơ xưởng hạt nhân.

Ông Cho còn nói loại xe trực tuyến này cũng là một giải pháp tiết kiệm cho những nhà hoạch định về chuyên chở công cộng.

Giáo sư Cho nói những nhà cạnh tranh chính về loại xe chạy bằng điện này là xe điện ngầm và xe điện trên mặt đất. Tuy nhiên, đặt những tuyến xe điện ngầm tốn khoảng 10 triệu đô la một kilomet, và tuyến xe điện trên đường tốn khoảng 5 triệu đô la một kilomet. Trong khi đó, ông nói, đặt những tuyến để xe hơi hút năng lượng trên đường chỉ tốn có 400 đôla ngàn cho mỗi kilomet.

Vẫn theo ông Cho, cho đến nay, những thử nghiệm về công nghệ vừa nêu đã chứng tỏ nó có thể xử dụng an toàn gần người và máy móc. Những tuyến hút năng lượng trong tương lai sẽ được tạo mẫu đủ lớn để trước tiên những xe bus lớn có thể dùng được, tiếp đó sẽ được làm cho những chiếc xe nhỏ hơn. Mỗi một chiếc xe sẽ được thiết kế để có thể chuyển qua 'trạng thái sạc bình', như vậy nó vẫn có thể rời khỏi những tuyến sạc điện và lái tới bất kỳ nơi đâu trong một thời hạn ngắn.

Đĩa DVD dung lượng khổng lồ sắp ra đời.
Source: Nature Journal, Computerworld, Dailymail, hdtvorg.co.u.

Nếu ai đang dự tính mua máy và đĩa Bluray thì nên suy nghĩ lại, vì trong vòng 5 năm tới lại phải đưa chúng ra bán Garage Sale cho đỡ chật nhà.

Theo tin phổ biến trên báo Nature thì các nhà nghiên cứu tại trường Đại học Kỹ thuật Swinburne, Melbourne, Úc Đại Lợi đang phát triển một kỹ thuật DVD mới đưa đến việc chế tạo ra một loại đĩa DVD siêu hạng dựa trên kỹ thuật siêu nhỏ "Nano", có khả năng chứa khoảng 20,000 giờ chiếu phim, tương đương với khoảng 10,000 phim.



Loại đĩa DVD siêu hạng này còn được gọi là Ultra-DVD có khả năng chứa 10,000 GB dữ liệu, bỏ xa loại đĩa lớp đơn DVD-5 chỉ chứa được 4.7 GB và loại lớp kép DVD-9 chứa được 8.5 GB, và ngay cả loại Bluray định dạng cao của Sony thì cũng chỉ chứa được có 50 GB mà thôi.

Loại siêu DVD này có cùng độ dày và kích cỡ như loại đĩa DVD thông thường mà thôi.

Các nhà nghiên cứu nói trên cho biết kỹ thuật mới gọi là "Dubbed Multiplexed Optical Recording" có thể tạo nên chiều thu dữ liệu thứ năm "fifth dimension" xử dụng kỹ thuật phân cực và các thanh nanorods bằng vàng cực nhỏ mà mắt người không thể thấy được để phản chiếu ánh sáng, các sóng ánh sáng phân cực này sẽ giúp nâng mật độ lưu trữ dữ kiện vượt trên 1012 bits/centimeter. Hiện tại nhóm nghiên cứu đã thực hiện được việc lưu trữ 1.6 TB (1,600 GB ) dữ liệu trên 1 mặt đĩa bằng kỹ thuật nói trên, và cho biết là trong tương lai kỹ thuật này có thể phát triển lên đến 10 TB cho 1 đĩa DVD đơn.

Giáo sư Min Gu, một trong 3 nhà nghiên cứu và là đồng tác giả của bài viết trên Nature nói: "Chúng tôi đã chứng tỏ được bằng cách nào mà các vật liệu bằng cấu trúc nano có thể đưa vào trong một cái đĩa để nâng cao khả năng chứa dữ liệu mà không phải nâng kích cỡ của nó".

Trong khi các loại đĩa tân tiến nhất hiện nay được tráng bằng những lớp chất liệu quang học dùng kỹ thuật ba chiều "three-dimensional technology", các bits được đốt bằng 1 tia laser màu trên mặt và khắp đĩa trong quá trình thu, và được đọc bằng các bước sóng ánh sáng. Bằng cách xử dụng kỹ thuật nano trong dạng các thanh vàng li ti phản chiếu ánh sáng, các nhà nghiên cứu của trường Đại học Kỹ thuật Swinburne đã có thể tạo nên thêm một quang phổ hay một chiều màu khác, thêm vào với chiều phân cực, thành thêm 2 chiều (2D) khác ngoài 3 chiều (3D) như cũ.



Để tạo nên chiều màu sắc này, các nhà nghiên cứu nén các thanh vàng nano liti vào mặt đĩa. Bởi vì các hạt nano phản ứng với ánh sáng tùy theo hình dạng của chúng nên nó cho phép các nhà nghiên cứu có thể thu được dữ liệu thông tin dựa vào các dãy sóng và bước sóng màu khác nhau tại cùng một vị trí trên đĩa.

Chiều phân cực được tạo thành khi các nhà nghiên cứu bắn các sóng ánh sáng vào đĩa, và hướng của các điện trường trong các sóng ánh sáng này được điều chỉnh theo hàng của các thỏi vàng nano li ti. Điều này cho phép họ có thể thu các tầng thông tin dữ liệu ở các góc độ khác nhau.

James Chon, một trong các nhà nghiên cứu cho biết là sự phân cực có thể xoay vòng 360 độ, có nghĩa là các nhà nghiên cứu có thể thu các dữ liệu cả tại độ phân cực zero, ở trên nó thì lại có thể thu một lớp dữ liệu thông tin khác ở độ phân cực 90 độ mà không ảnh hưởng gì với nhau cả.

Dù cho 1 đĩa DVD mới chỉ có sức chứa là 1 TB (1,000 GB ) thì cũng đã dư sức chứa 300 cuốn phim dài hoặc 250,000 bài hát.

Hiện tại các nhà nghiên cứu đang phải đối phó với vấn đề dụng cụ để thu đĩa, vì hiện tại chưa có loại máy nào có đủ khả năng tốc độ cao để thu đĩa DVD loại này. Tuy nhiên các nhà nghiên cứu tin rằng loại đĩa DVD này sẽ có mặt trên thị trường trong vòng từ 5 đến 10 năm tới.

Nhóm nghiên cứu cũng cho biết là kỹ thuật mới này sẽ được ứng dụng tức thời trong nhiều lãnh vực như việc lưu trữ các hồ sơ rất lớn như hồ sơ ảnh chụp cộng hưởng từ MRI (Magnetic Resonance Imaging) của y khoa, và có thể tạo nên những lợi ích mới trong các lãnh vực tài chánh, an ninh và quân sự.

Một thỏa thuận hợp tác đã được thông qua giữa nhóm nghiên cứu này và tập đoàn điện tử Samsung của Đại Hàn. Vậy hãy đón xem những sản phẩm mới của Samsung trong vòng 5 năm tới, trong đó có thể có cả đầu máy và đĩa DVD loại siêu hạng này.

Lê Tự Do tổng hợp