Физики достигли проводимости электричества со скоростью, близкой к скорости света
Когда речь идет о передаче данных и вычислениях, чем быстрее мы сможем перемещать электроны и проводить электричество, тем лучше — и ученые только что смогли транспортировать электроны с субфемтосекундными скоростями (менее одной квадриллионной доли секунды) в экспериментальной установке.
Хитрость заключается в манипулировании электронами световыми волнами, которые специально созданы сверхбыстрым лазером. Возможно, пройдет еще много времени, прежде чем подобная настройка будет установлена в ваш ноутбук, но тот факт, что они смогли этого достичь, обещает значительный шаг вперед с точки зрения того, что мы можем ожидать от наших устройств.
Прямо сейчас, самые быстрые электронные компоненты могут быть включены или выключены в пикосекундах (триллионных долях секунды), примерно в 1000 раз медленнее, чем фемтосекунды.
С их новым методом физики смогли переключать электрические токи примерно на 600 аттосекунд быстрее (одна фемтосекунда = 1000 аттосекунд).
«Вполне возможно, это отдаленное будущее электроники», — говорит физик Альфред Лейтенсторфер из Университета Констанца в Германии. «Наши эксперименты с одноцикловыми световыми импульсами привели нас в аттосекундный диапазон переноса электронов».
Лейтенсторфер и его коллеги смогли построить точную установку в Центре прикладной фотоники в Констанце. Их техника включала в себя как возможность аккуратно манипулировать сверхкороткими световыми импульсами, так и создавать необходимые наноструктуры.
Лазер, использованный командой, смог выдавать сто миллионов однократных световых импульсов каждую секунду, чтобы генерировать измеримый ток. Используя наноразмерные золотые антенны в форме бабочки, электрическое поле импульса было сконцентрировано в зазоре шириной всего в шесть нанометров (шесть тысячных миллиметров метра).
В результате их специальной настройки, а также туннелирования и ускорения электронов, которые он произвел, исследователи могли переключать электрические токи с точностью до фемтосекунды — менее половины периода колебаний электрического поля световых импульсов.
Преодолеть ограничения традиционной кремниевой полупроводниковой технологии оказалось сложной задачей для ученых, но использование безумно быстрых колебаний света, чтобы помочь электронам набрать скорость, может обеспечить новые возможности для расширения ограничений в электронике.
И это то, что может быть применено в следующем поколении компьютеров: ученые в настоящее время экспериментируют с тем, как свет и электроника могут работать вместе разными способами.
В конце концов, Лейтенсторфер и его команда считают, что ограничения современных вычислительных систем можно преодолеть с помощью плазмонных наночастиц и оптоэлектронных устройств, используя характеристики световых импульсов для манипулирования электронами в сверхмалых масштабах.
«Это фундаментальное исследование, о котором мы здесь говорим, и на его реализацию могут уйти десятилетия», — говорит Лейтенсторфер.
Следующим шагом является экспериментирование с различными установками, использующими один и тот же принцип. Исследователи говорят, что этот подход может даже дать представление о квантовых вычислениях, хотя еще предстоит проделать большую работу — нам не терпится увидеть, чего они добьются в будущем.
Исследование было опубликовано в журнале «Физика природы».
Источники: Фото: University of Konstanz
