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半導體/PCB

德國物理學家利用激光實現(xiàn)了電子的亞光速傳播

來源:千千靜聞2019-12-30 我要評論(0 )   

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

當我們敲擊鍵盤或者觸碰手機屏幕時,電腦或者手機能夠響應我們的操作。但這個響應時間并不是瞬發(fā)的,一項新的研究或許能將這種響應速度提高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,并且實驗也驗證了這一點。擁有光速的不僅僅只是光或者電磁波,電的傳播也是光速。


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



在數(shù)據(jù)傳輸和計算方面,我們移動電子和導電的速度越快越好。集成電路中存在各種各樣的開關,當開關打開或關閉時,在納米范圍內(nèi)電流以電子的形式傳播。電子的傳播速度遠遠低于光速,不過德國康斯坦茨大學的物理學家阿爾弗雷德·萊滕斯托弗(Alfred Leitenstorfer)領導的團隊在實驗室中實現(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,這項研究已經(jīng)發(fā)表在《自然》雜志上。


科學家利用超快激光產(chǎn)生的光波操縱電子,精心制作和產(chǎn)生的光波操縱電子。不過這種技術目前只存在于實驗室,離應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)打開或關閉,1皮秒等于1000飛秒。


物理學家利用最新的方法,能夠讓開關在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:“這很可能是電子學的遙遠未來。”我們的單周期光脈沖實驗已經(jīng)把我們帶進了電子輸運的阿秒范圍?!?


萊滕斯托弗和他的同事在康斯坦茨大學的應用光子學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建納米結(jié)構。



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)硅半導體技術的限制對科學家來說是一個挑戰(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的限制提供新的途徑。


這在下一代計算機中可能是非常有利,科學家們目前正在試驗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隊認為,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,可以克服當今計算系統(tǒng)中半導體硅原件低速傳播的局限性。這是非?;A的研究,可能要到幾十年后才能得到應用。


研究團隊接下來需要做的是使用相同的原理試驗各種不同的設置,這種方法甚至可能為量子計算提供幫助。


讓我們拭目以待吧,有生之年應該能夠看到。

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