电子设备以光速运行

时间:2019-12-30 18:48 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

电子设备以光速运行

包括康斯坦茨大学的物理学家在内的一个欧洲研究小组发现了一种利用光来操纵电子,从而在飞秒范围内传输电子的方法。这可能对数据处理和计算的未来产生重大影响。

现代电子元件,传统上是基于硅半导体技术,可以在皮秒(即10-12秒)内开关。标准的移动电话和电脑的最大工作频率为千兆赫(1千兆赫= 109赫兹),而单个晶体管的工作频率可接近1太赫兹(1太赫兹= 1012赫兹)。进一步提高使用标准技术打开或关闭电子开关设备的速度已经被证明是一个挑战。康斯坦茨大学最近进行的一系列实验表明,电子可以被诱导以亚飞秒的速度移动,即超过10-15秒的速度,这是通过利用定制的光波来实现的。

德国康斯坦茨大学(University of Konstanz)超快现象与光电子学教授、该研究的合著者阿尔弗雷德?莱滕斯托弗(Alfred Leitenstorfer)表示:“这很可能是电子学的遥远未来。”“我们对单周期光脉冲的实验已经使我们很好地进入了阿秒范围的电子传输。”光的振荡频率至少是纯电子电路的一千倍:一飞秒相当于10-15秒,也就是十亿分之一秒的百万分之一。Leitenstorfer和他的团队从物理系和应用光子学中心(CAP)的康斯坦茨大学相信电子产品的未来在于集成电浆和光电设备运行在单电子政权optical-rather微波频率。“然而,我们在这里谈论的是非常基础的研究,可能需要几十年的时间来实施,”他警告说。

一个控制光和物质的问题

所面临的挑战的国际团队理论和实验物理学家康斯坦茨大学的,大学的卢森堡,Sud CNRS-Universite巴黎(法国)和中心的材料物理(CFM-CSIC)和Donostia国际物理中心(DIPC)在圣塞巴斯蒂安(西班牙)合作在这个项目是开发一个试验装置操纵在飞秒超短光脉冲的鳞片下面一个振荡周期的一方面,创造出适合于高精度测量和操纵另一种电子电荷的纳米结构。“对我们来说幸运的是,我们在康斯坦茨有一流的设备,”Leitenstorfer说,他的团队进行了实验。“应用光子学中心是发展超快激光技术的世界领先机构。多亏了我们的合作研究中心767控制纳米系统:在宏观尺度上的相互作用和接口,我们可以获得定义非常明确的纳米结构,这些结构可以在纳米尺度上创建和控制。”

超高速电子开关

Leitenstorfer的团队开发的试验装置和协调作者丹尼尔Brida(以前的领导人艾美奖Noether康斯坦茨大学的研究小组,现在大学的教授卢森堡)涉及纳米金天线以及一个超快激光能够发出每秒一亿单循环光脉冲的产生可测量电流。该弓形设计的光学天线允许亚波长和亚周期的电场时空浓度的激光脉冲进入一个宽度为6纳米(1纳米= 10-9米)的缝隙。

由于金属中的电子隧穿的高度非线性特性以及在光场中的加速间隙,研究人员能够以大约600阿秒(即不到1飞秒,1 As = 10-18秒)的速度切换电子电流。“这个过程只发生在不到一半的时间尺度的振荡周期电场的光脉冲,”解释Leitenstorfer-an观测项目合作伙伴在巴黎和圣塞巴斯蒂安能够证实并制定详细的时间治疗的电子耦合光场量子结构。

这项研究为理解光如何与凝聚态物质相互作用提供了全新的机会,使我们能够以前所未有的时间和空间尺度观察量子现象。基于这项研究提供的在纳米尺度由光学场驱动的电子动力学的新方法,研究人员将继续研究原子时间和长度尺度下的电子输运,甚至更复杂的固态器件的微观尺度。

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