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半导体/PCB

德国物理学家利用激光实现了电子的亚光速传播

来源:千千静闻2019-12-30 我要评论(0 )   

当我们敲击键盘或者触碰手机屏幕时,电脑或者手机能够响应我们的操作。但这个响应时间并不是瞬发的,一项新的研究或许能将这种响

当我们敲击键盘或者触碰手机屏幕时,电脑或者手机能够响应我们的操作。但这个响应时间并不是瞬发的,一项新的研究或许能将这种响应速度提高2000倍!


我们知道光的速度是完美的30万千米每秒(真空中),狭义相对论指出光速不可逾越,并且实验也验证了这一点。拥有光速的不仅仅只是光或者电磁波,电的传播也是光速。


电在导体中几乎是瞬间传送的,这个传播速度慢一点快一点对我们似乎没有什么影响。但当电通过开关打开或者关闭时,这个速度却不是光速,也就是说开关会降低电的传播速度。



在数据传输和计算方面,我们移动电子和导电的速度越快越好。集成电路中存在各种各样的开关,当开关打开或关闭时,在纳米范围内电流以电子的形式传播。电子的传播速度远远低于光速,不过德国康斯坦茨大学的物理学家阿尔弗雷德·莱滕斯托弗(Alfred Leitenstorfer)领导的团队在实验室中实现了电子的亚飞秒(1飞秒等于一千万亿分之一秒)速度传输,这项研究已经发表在《自然》杂志上。


科学家利用超快激光产生的光波操纵电子,精心制作和产生的光波操纵电子。不过这种技术目前只存在于实验室,离应用到我们的生活还有很长的路要走。


目前最快的电子元件可以在皮秒(万亿分之一秒)内打开或关闭,1皮秒等于1000飞秒。


物理学家利用最新的方法,能够让开关在600阿秒转换电流,1阿秒等于千分之一飞秒。


莱滕斯托弗说:“这很可能是电子学的遥远未来。”我们的单周期光脉冲实验已经把我们带进了电子输运的阿秒范围。”


莱滕斯托弗和他的同事在康斯坦茨大学的应用光子学中心建立一个精确的装置。他们的系统主要有两个功能,精密操控超短光脉冲和构建纳米结构。



研究小组使用的激光器能够每秒钟输出一亿个单周期光脉冲,以产生可测量的电流。使用蝴蝶结形状的纳米级金天线,脉冲的电场被集中到一个只有6纳米宽(6000万分之一米)的间隙中。研究人员可以在飞秒以下很好地切换电流,这个时间不到光脉冲电场振荡周期的一半。



突破传统硅半导体技术的限制对科学家来说是一个挑战,但利用光的疯狂快速振荡来帮助电子加快速度,可以为突破电子技术的限制提供新的途径。


这在下一代计算机中可能是非常有利,科学家们目前正在试验光和电子以各种不同的方式协同工作的方法。


莱滕斯托弗和他的团队认为,利用等离子体纳米颗粒和光电器件,利用光脉冲的特性在超小尺度上操纵电子,可以克服当今计算系统中半导体硅原件低速传播的局限性。这是非常基础的研究,可能要到几十年后才能得到应用。


研究团队接下来需要做的是使用相同的原理试验各种不同的设置,这种方法甚至可能为量子计算提供帮助。


让我们拭目以待吧,有生之年应该能够看到。

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激光光电半导体

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