@ 2019.12.31 , 09:00

科学家令电子以近光速传导

在数据传输和计算方面,制约硬件的重要因素就是元件中电子的转移速度——在实验条件下,科学家不久前实现了电子以亚飞秒(不到千万亿分之一秒)的速度传输。窍门是用超高速激光脉冲产生的光波来操纵电子。虽说在相当长的时间内,还无法把该技术应用到你的手机上,但至少朝这一方向迈出了重要的一步。

之前,最快的电子元件可以在皮秒(万亿分之一秒)内实现逻辑门的开关,比上面的最新记录慢了约1000倍。

借助新方法,物理学家能够在大约600阿秒(1飞秒等于1000阿秒)内改变电流的走向。

“这很可能是电子产品的未来,”德国康斯坦茨大学的物理学家阿尔弗雷德·莱滕斯托弗说,“我们的单周期光脉冲实验已经使人类很好地进入了电子传输的阿秒时代。”

莱滕斯托弗和同事们在康斯坦茨的应用光子学中心设计了高精密实验。既要满足高精密操纵超短光脉冲的能力,又需要构建必要的纳米结构。

该团队使用的激光器每秒钟能够发射一亿道单周期光脉冲,足以产生可测量的电流。使用领结形状的纳米级金触角,脉冲的电场会集中在一个只有六纳米宽的缝隙内。

由专业仪器以及电子隧穿和加速的效果,研究人员在飞秒内——不到光脉冲电场振荡周期的一半——成功地切换了电流走向。

超越常规硅半导体技术的限制已被证明是一项挑战,但利用高速光振荡来帮助电子加速,提供了一条突破电子学极限的新途径。

这在下一代计算机研发中可能会非常有优势:科学家们目前正在尝试光和电子所有可能的协同运作的方式。

最终,Leitenstorfer团队认为,利用等离子纳米粒子和光电设备,通过光脉冲的特性,以超小规模操纵电子,可以克服当今计算系统的局限。

Leitenstorfer说:“这是非常基础的研究,可能要花几十年才能落实到现实工艺中。”

该研究已发表在《自然·物理学》上。

本文译自 sciencealert,由译者 majer 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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