ابتكر علماء من المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) شريحة بصرية جديدة بحجم الظفر، قادرة على إنتاج ألوان مختلفة من الليزر مثل ألوان قوس قزح. تعالج هذه الشريحة الضوء بطريقة مشابهة لكيفية معالجة الرقائق التقليدية للإلكترونيات، حيث تدمج ليزرات تصدر ضوءًا بأطوال موجية متعددة في مساحة صغيرة، لتصبح بمثابة "دائرة متكاملة" ضوئية. ومن المتوقع أن تضفي زخمًا جديدًا للتقنيات المتطورة مثل الذكاء الاصطناعي والحوسبة الكمومية والساعات الذرية البصرية. وقد نُشرت الورقة البحثية ذات الصلة في العدد الجديد من مجلة "نيتشر".

حاليًا، غالبًا ما تصدر الليزرات عالية الجودة والمدمجة والفعالة عددًا قليلاً من الأطوال الموجية فقط. على سبيل المثال، تتفوق الليزرات شبه الموصلة في إنتاج ضوء الأشعة تحت الحمراء بطول موجة 980 نانومتر. بينما تحتاج تقنيات مثل الساعات الذرية البصرية وأجهزة الكمبيوتر الكمومية إلى مصادر ضوء متعددة الألوان، إلا أن الليزرات التقليدية القادرة على إنتاج هذه الألوان تكون ضخمة الحجم وباهظة الثكن وتستهلك طاقة هائلة.

الشريحة الفوتونية الجديدة التي تم تطويرها هذه المرة تشبه كعكة طبقات دقيقة. اعتمد الفريق على رقاقة سيليكون قياسية مطلية بثاني أكسيد السيليكون (الزجاج) ونبيات الليثيوم، وهي مادة بصرية غير خطية قادرة على تغيير لون الضوء المار عبرها. بعد ذلك، أضافوا أقطابًا معدنية فوقها، ومن خلال تطبيق مجال كهربائي، تمكنوا من تحويل ضوء بلون واحد إلى لون آخر. كما قام الفريق ببناء واجهات أخرى بين المعادن ونبيات الليثيوم لتحقيق التبديل السريع والتحكم في الإشارات الضوئية داخل الشريحة، وهي القدرة الأساسية لمعالجة البيانات والتوجيه عالي السرعة. وأكثر ما يميز هذه "الكعكة" هو الطبقة الرائعة الثانية وهي مادة خامس أكسيد التنتالوم غير الخطية. تمتلك هذه المادة "سحرًا" يتمثل في أنها عند امتصاص ليزر بلون واحد، يمكنها "إخراج" قوس قزح من الألوان المتعددة.

من خلال تكديس مواد مختلفة ثلاثي الأبعاد، تمكن الفريق من إنشاء شريحة فوتونية تسمح للضوء بالتدفق بكفاءة بين الطبقات. تحتوي كل شريحة على عشرات الآلاف من الدوائر الفوتونية، ويمكن لكل دائرة إخراج لون فريد.

بالإضافة إلى استخدامها في الحواسيب الكمومية والساعات البصرية، يمكن لهذه الشريحة الفوتونية أيضًا إنشاء مسارات عالية السرعة لنقل الإشارات بين الرقائق المتخصصة، مما يجعل أدوات الذكاء الاصطناعي أكثر قوة وكفاءة.