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半導(dǎo)體/PCB

德國物理學(xué)家利用激光實(shí)現(xiàn)了電子的亞光速傳播

來源:千千靜聞2019-12-30 我要評論(0 )   

當(dāng)我們敲擊鍵盤或者觸碰手機(jī)屏幕時,電腦或者手機(jī)能夠響應(yīng)我們的操作。但這個響應(yīng)時間并不是瞬發(fā)的,一項(xiàng)新的研究或許能將這種響

當(dāng)我們敲擊鍵盤或者觸碰手機(jī)屏幕時,電腦或者手機(jī)能夠響應(yīng)我們的操作。但這個響應(yīng)時間并不是瞬發(fā)的,一項(xiàng)新的研究或許能將這種響應(yīng)速度提高2000倍!


我們知道光的速度是完美的30萬千米每秒(真空中),狹義相對論指出光速不可逾越,并且實(shí)驗(yàn)也驗(yàn)證了這一點(diǎn)。擁有光速的不僅僅只是光或者電磁波,電的傳播也是光速。


電在導(dǎo)體中幾乎是瞬間傳送的,這個傳播速度慢一點(diǎn)快一點(diǎn)對我們似乎沒有什么影響。但當(dāng)電通過開關(guān)打開或者關(guān)閉時,這個速度卻不是光速,也就是說開關(guān)會降低電的傳播速度。



在數(shù)據(jù)傳輸和計(jì)算方面,我們移動電子和導(dǎo)電的速度越快越好。集成電路中存在各種各樣的開關(guān),當(dāng)開關(guān)打開或關(guān)閉時,在納米范圍內(nèi)電流以電子的形式傳播。電子的傳播速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于光速,不過德國康斯坦茨大學(xué)的物理學(xué)家阿爾弗雷德·萊滕斯托弗(Alfred Leitenstorfer)領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)室中實(shí)現(xiàn)了電子的亞飛秒(1飛秒等于一千萬億分之一秒)速度傳輸,這項(xiàng)研究已經(jīng)發(fā)表在《自然》雜志上。


科學(xué)家利用超快激光產(chǎn)生的光波操縱電子,精心制作和產(chǎn)生的光波操縱電子。不過這種技術(shù)目前只存在于實(shí)驗(yàn)室,離應(yīng)用到我們的生活還有很長的路要走。


目前最快的電子元件可以在皮秒(萬億分之一秒)內(nèi)打開或關(guān)閉,1皮秒等于1000飛秒。


物理學(xué)家利用最新的方法,能夠讓開關(guān)在600阿秒轉(zhuǎn)換電流,1阿秒等于千分之一飛秒。


萊滕斯托弗說:“這很可能是電子學(xué)的遙遠(yuǎn)未來。”我們的單周期光脈沖實(shí)驗(yàn)已經(jīng)把我們帶進(jìn)了電子輸運(yùn)的阿秒范圍。”


萊滕斯托弗和他的同事在康斯坦茨大學(xué)的應(yīng)用光子學(xué)中心建立一個精確的裝置。他們的系統(tǒng)主要有兩個功能,精密操控超短光脈沖和構(gòu)建納米結(jié)構(gòu)。



研究小組使用的激光器能夠每秒鐘輸出一億個單周期光脈沖,以產(chǎn)生可測量的電流。使用蝴蝶結(jié)形狀的納米級金天線,脈沖的電場被集中到一個只有6納米寬(6000萬分之一米)的間隙中。研究人員可以在飛秒以下很好地切換電流,這個時間不到光脈沖電場振蕩周期的一半。



突破傳統(tǒng)硅半導(dǎo)體技術(shù)的限制對科學(xué)家來說是一個挑戰(zhàn),但利用光的瘋狂快速振蕩來幫助電子加快速度,可以為突破電子技術(shù)的限制提供新的途徑。


這在下一代計(jì)算機(jī)中可能是非常有利,科學(xué)家們目前正在試驗(yàn)光和電子以各種不同的方式協(xié)同工作的方法。


萊滕斯托弗和他的團(tuán)隊(duì)認(rèn)為,利用等離子體納米顆粒和光電器件,利用光脈沖的特性在超小尺度上操縱電子,可以克服當(dāng)今計(jì)算系統(tǒng)中半導(dǎo)體硅原件低速傳播的局限性。這是非?;A(chǔ)的研究,可能要到幾十年后才能得到應(yīng)用。


研究團(tuán)隊(duì)接下來需要做的是使用相同的原理試驗(yàn)各種不同的設(shè)置,這種方法甚至可能為量子計(jì)算提供幫助。


讓我們拭目以待吧,有生之年應(yīng)該能夠看到。

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