Kytkin valo-ohjatulle elektroniikalle

Ryhmä tiedemiehiä optimoi valon ja lasin vuorovaikutusta tavalla, joka helpottaa sen mahdollista tulevaa käyttöä valoaallon ohjaamaa elektroniikkaa ajatellen.

Valoaallot voisivat tulevaisuudessa ohjata transistoria. Valon aaltojen sähkömagneettinen säteily oskilloi petahertzien taajuuksilla. Periaatteessa myös elektroniikka voisi täten jatkossa saavuttaa tämän nopeuden ja tulla 100.000 kertaa nopeammaksi kuin nykyinen digielektroniikka.

Tämä edellyttää kuitenkin parempaa ymmärtämistä elektronin liikkeestä, jonka aiheuttaa valon ultranopea sähkökenttä. Nyt ryhmä tutkijoita Max-Planck Institute of Quantum Opticsista (MPQ) ja Ludwig-Maximilians-Universitätistä (LMU) sekä teoreetikot Tsukuba yliopistosta ovat yhdistäneet uusimpia kokeellisia ja teoreettisia menetelmiä, jotka tarjoavat suoran havainnoinnin tähän liikkeeseen ensimmäistä kertaa.

Nykyiset elektroniset piirit ovat saavuttamassa maksimit kellotaajuutensa noin miljardiin kytkentäsykliin sekunnissa koska niitä rajoittavat lämmön kertyminen virran päälle- ja poiskytkennän prosessissa.

Valon sähkökenttä muuttaa suuntaansa biljoonaa kertaa sekunnissa ja pystyy liikuttamaan elektroneja kiintoaineissa tällä nopeudella. Tämä tarkoittaa, että valonsäteet voivat muodostaa perustan tuleville sähköisille kytkennöille jos aiheutettu elektronin liike ja sen vaikutus lämmön kertymiseen on tarkasti ymmärretty.

Jo aiemmin MPQ:n ja LMU:n fyysikot ovat jo selvittäneet, että on mahdollista manipuloida aineen elektronisia ominaisuuksia optisilla taajuuksilla.

Nyt uusimmissa tutkimuksissa käytetty mittaustekniikka paljasti, että elektronit reagoivat vain noin kymmenen attosekunnin viiveellä tulevaan valoon. Tämä viivästys reaktiossa määrittää energian, joka siirretään valon ja aineen välillä.

Tutkijat onnistuivat optimoimaan energiankulutusta sovittamalla valokentän amplitudia. Havainnot tarkentavat, että potentiaalinen kytkennän väliaine tulevalle valoon perustuvalle elektroniikalle ei ylikuumene. Tämä 'viileä suhde" lasin ja valon välillä avulla saattaa tuottaa mahdollisuuden dramaattisesti nopeuttaa elektronista signaalin ja datan käsittelyä.