Первый петагерцовый фототранзистор работает в условиях окружающей среды

Электроника и датчики INSIDER

Мохаммед Хасан (справа), доцент кафедры физики и оптических наук, и Мохамед Сеннари, аспирант, изучающий оптику и физику, держат в руках коммерческий транзистор, который они использовали для разработки транзистора с петагерцовой скоростью. (Изображение:исследователи)

Что, если бы сверхбыстрые импульсы света могли бы управлять компьютерами со скоростью в миллион раз быстрее, чем лучшие современные процессоры? Команда ученых, в том числе из Университета Аризоны, работает над тем, чтобы сделать это возможным.

В ходе новаторской международной работы исследователи из факультета физики Колледжа естественных наук и Колледжа оптических наук Джеймса К. Вайанта продемонстрировали способ манипулирования электронами в графене с помощью импульсов света, которые длятся менее триллионной доли секунды. Используя квантовый эффект, известный как туннелирование, они зафиксировали, как электроны практически мгновенно обходят физический барьер, что переопределяет потенциальные пределы вычислительной мощности компьютера.

Исследование, опубликованное в журнале Nature Communications. показывает, как эта технология может привести к скорости обработки данных в петагерцовом диапазоне — более чем в 1000 раз быстрее, чем современные компьютерные чипы.

Отправка данных на таких скоростях произвела бы революцию в компьютерных технологиях, какими мы их знаем, сказал Мохаммед Хассан, доцент кафедры физики и оптических наук. Хассан уже давно занимается компьютерными технологиями на основе света, а ранее возглавлял усилия по разработке самого быстрого в мире электронного микроскопа.

«Мы совершили огромный скачок вперед в разработке таких технологий, как программное обеспечение искусственного интеллекта, но скорость разработки аппаратного обеспечения не так высока», — сказал Хассан. «Однако, опираясь на открытие квантовых компьютеров, мы можем разработать аппаратное обеспечение, соответствующее нынешней революции в программном обеспечении информационных технологий. Сверхбыстрые компьютеры будут во многом способствовать открытиям в космических исследованиях, химии, здравоохранении и многом другом».

Хасан работал вместе с коллегами из Университета А Николаем Голубевым, доцентом кафедры физики; Мохамед Сеннари, аспирант, изучающий оптику и физику; Джалил Шах, постдокторант физики; и Минжуй Юань, аспирантка оптики. К ним присоединились коллеги из Лаборатории реактивного движения Калифорнийского технологического института и Мюнхенского университета Людвига-Максимилиана в Германии.

Первоначально команда изучала электропроводность модифицированных образцов графена, материала, состоящего из одного слоя атомов углерода. Когда лазер светит на графен, энергия лазера возбуждает электроны в материале, заставляя их двигаться и образовывать ток.

Иногда эти электрические токи нейтрализуют друг друга. Хассан сказал, что это происходит потому, что энергетическая волна лазера движется вверх и вниз, генерируя равные и противоположные токи по обе стороны графена. Из-за симметричной атомной структуры графена эти токи отражают друг друга и нейтрализуют друг друга, не оставляя видимого тока.

Но что, если один электрон сможет проскользнуть сквозь графен, и его путешествие можно будет зафиксировать и отследить в реальном времени? Это почти мгновенное «туннелирование» стало неожиданным результатом модификации различных образцов графена.

«Это то, что мне больше всего нравится в науке:настоящие открытия происходят из того, чего вы не ожидаете», — сказал Хассан. "Идя в лабораторию, всегда предвидишь, что произойдет, но настоящая красота науки заключается в тех мелочах, которые происходят, и которые заставляют вас исследовать дальше. Как только мы поняли, что достигли эффекта туннелирования, нам пришлось узнать больше".

Используя коммерчески доступный графеновый фототранзистор, модифицированный для введения специального кремниевого слоя, исследователи использовали лазер, который включается и выключается с частотой 638 аттосекунд, чтобы создать то, что Хассан назвал «самым быстрым в мире квантовым петагерцовым транзистором».

Транзистор — это устройство, действующее как электронный переключатель или усилитель, управляющее потоком электричества между двумя точками и имеющее основополагающее значение для развития современной электроники.

«Для справки:одна аттосекунда равна одной квинтиллионной секунды», — сказал Хассан. «Это означает, что это достижение представляет собой большой шаг вперед в развитии сверхбыстрых компьютерных технологий благодаря созданию транзистора с петагерцовой скоростью».

Хотя некоторые научные достижения происходят в строгих условиях, включая температуру и давление, этот новый транзистор работает в условиях окружающей среды, открывая путь к коммерциализации и использованию в повседневной электронике.

Источник