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Interconnect-Free Multibit Arithmetic and Logic Unit in a Single Reconfigurable 3 μm2 Plasmonic Cavity

Authors :
Erik Dujardin
Raminfar Al Rafrafin
Florian Dell'Ova
Raffaele Mezzenga
Sreenath Bolisetty
Gérard Colas des Francs
Alexandre Bouhelier
Aurélien Cuche
Christian Girard
Upkar Kumar
Sviatlana Viarbitskaya
Groupe NanoSciences (CEMES-GNS)
Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES)
Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599)
Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)
Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne [Dijon] (LICB)
Université de Bourgogne (UB)-Université de Technologie de Belfort-Montbeliard (UTBM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Department of Health Sciences and Technology [ETH Zürich] (D-HEST)
Eidgenössische Technische Hochschule - Swiss Federal Institute of Technology [Zürich] (ETH Zürich)
This work has been funded by the French Agence Nationale de la Recherche (ANR-13-BS10-0007-PLACORE), the European Research Council (ERC-2007-StG-203872-COMOSYEL), the Region of Burgundy (PARI II Photcom), the EIPHI graduate school (ANR-17-EUR-0002), the Conseil Régional de Bourgogne-Franche-Comté (APEX), and the European Regional Developement Fund (Project Optiflex). The authors acknowledge the support of the massively parallel computing center CALMIP (Toulouse, Fr) through Project No. P1107.
ANR-13-BS10-0007,PlaCoRe,Circuits Plasmoniques Colloidaux Reconfigurables(2013)
ANR-17-EURE-0002,EIPHI,Ingénierie et Innovation par les sciences physiques, les savoir-faire technologiques et l'interdisciplinarité(2017)
European Project
Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT)
Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)
Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne (ICB)
Université de Technologie de Belfort-Montbeliard (UTBM)-Université de Bourgogne (UB)-Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Source :
ACS Nano, ACS Nano, American Chemical Society, In press, ⟨10.1021/acsnano.1c03196⟩, ACS Nano, 2021, 15 (8), pp.13351. ⟨10.1021/acsnano.1c03196⟩
Publication Year :
2021
Publisher :
HAL CCSD, 2021.

Abstract

International audience; Processing information with conventional integrated circuits remains beset by the interconnect bottleneck: circuits made of smaller active devices need longer and narrower interconnects, which have become the prime source of power dissipation and clock rate saturation. Optical interchip communication provides a fast and energy-saving option that still misses a generic on-chip optical information processing by interconnect-free and reconfigurable Boolean arithmetic logic units (ALU). Considering metal plasmons as a platform with dual optical and electronic compatibilities, we forge interconnect-free, ultracompact plasmonic Boolean logic gates and reconfigure them, at will, into computing ALU without any redesign nor cascaded circuitry. We tailor the plasmon mode landscape of a single 2.6 μm2 planar gold cavity and demonstrate the operation and facile reconfiguration of all 2-input logic gates. The potential for higher complexity of the same logic unit is shown by a multi-input excitation and a phase control to realize an arithmetic 2-bit adder.

Details

Language :
English
ISSN :
19360851
Database :
OpenAIRE
Journal :
ACS Nano, ACS Nano, American Chemical Society, In press, ⟨10.1021/acsnano.1c03196⟩, ACS Nano, 2021, 15 (8), pp.13351. ⟨10.1021/acsnano.1c03196⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....5abb48f71ec11e23f2757918c7fc6276
Full Text :
https://doi.org/10.1021/acsnano.1c03196⟩