Äärimmäiset rajat nykyelektroniikalle

28.03.2022

WIEN-elektronin-nopeus-Tsinghua-225-t.jpgUltralyhyt laserpulssi (sininen) luo vapaita varauksenkantajia, toinen pulssi (punainen) kiihdyttää niitä vastakkaisiin suuntiin.

Suurempi kuva

Puolijohde-elektroniikka kiihtyy koko ajan – mutta jossain vaiheessa fysiikka ei enää salli vauhdin kasvattamista. Nyt on tutkittu optoelektronisten ilmiöiden lyhin mahdollinen aikaskaala.

Kvanttimekaaniset prosessit, jotka mahdollistavat sähkövirran muodostuksen puolijohdemateriaalissa, vievät tietyn ajan. Tämä asettaa rajan signaalin generoinnin ja siirron nopeuksille.

TU Wien, TU Graz ja Max Planckin kvanttioptiikan instituutti Garchingissa ovat nyt pystyneet tutkimaan näitä rajoja: Nopeutta ei todella voida kasvattaa yhden petahertsin (miljoona gigahertsin) yli, vaikka materiaali olisikin viritetty optimaaliseen tilaan laserpulsseilla.

Tutkimuksessa sähkömagneettisten kenttien virraksi muuntamisen rajojen testaamiseksi käytetään laserpulsseja - nopeimpia ja tarkimpia saatavilla olevia sähkömagneettisia kenttiä - transistorien sijaan.

Tällaiset tutkimusprosessit tapahtuvat erittäin nopeasti, atto- tai femtosekuntien aika-asteikolla. "Jo pidemmän aikaa tällaisia prosesseja pidettiin hetkellisinä", sanoo Christoph Lemell. "Nyt meillä kuitenkin on tarvittava tekniikka tutkiaksemme näiden ultranopeiden prosessien aikakehitystä yksityiskohtaisesti."

Ratkaiseva kysymys on: Kuinka nopeasti materiaali reagoi laseriin? Kuinka kauan signaalin tuottaminen kestää ja kuinka kauan joutuu odottamaan, että materiaali voidaan altistaa seuraavalle signaalille?

Kokeilu johtaa klassiseen epävarmuusdilemmaan, kuten kvanttifysiikassa usein esiintyy: on valittava nopeuden ja energian välillä. Äärimmäisen lyhyiden pulssien käyttö merkitsee, että elektroneihin siirtyvän energian määrää ei ole tarkasti tiedetä.

Riippuen siitä, kuinka paljon energiaa elektronit kuljettavat, ne reagoivat aivan eri tavalla sähkökenttään. Jos niiden tarkkaa energiaa ei tiedetä, niitä ei ole enää mahdollista tarkasti ohjata ja tuotettu virtasignaali vääristyy – varsinkin suurilla laserintensiteetillä.

"On käynyt ilmi, että noin yksi petahertsi on yläraja ohjatuille optoelektronisille prosesseille", sanoo Joachim Burgdörfer.

Tämä ei tietenkään tarkoita, että olisi mahdollista valmistaa tietokonesiruja, joiden kellotaajuus on hieman alle petahertsin. Realistiset tekniset ylärajat ovat todennäköisesti huomattavasti alhaisemmat.

Pekingiläisen Tsinghuan yliopiston tutkijat ovat puolestaan luoneet grafeenista ja molybdeenidisulfidista transistorin, jonka porttipituus on vain 0,34 nm.

Tutkijat ovat hyödyntäneet pystysuuntaista rakennetta jossa grafeenin paksuus (0,34 nm) määrittää portin pituuden. Eli grafeenikerroksen reuna toimii hilaelektrodina. Käytännössä tätä lyhyempää porttipituutta on vaikea tehdä.

Aiheesta aiemmin:

Hallita elektroneja alle femtosekunneissa

09.08.2022Lisää monipuolisia kvanttiantureita
08.08.2022Ihanteellisen puolijohdemateriaalin metsästystä
05.08.2022Polymeeriperustaista akkutekniikkaa
04.08.2022Grafeenin avulla kuvia nesteessä "uivista" atomeista
03.08.2022P-tietokoneiden potentiaali
02.08.2022Transistorista memristoriin: kytkentäteknologiaa tulevaisuutta varten
01.08.2022Pienemmän tehonkäytön neuroverkkoja
30.07.2022Suuri askel pienille moottoreille
29.07.2022Elektronit käyttäytyvät hienojakoisemmin
27.07.2022Erittäin viritettäviä komposiittimateriaaleja
24.07.2022Nelitahtikone atomeilla
21.07.2022Lasereille skaalautuvuutta ja yksinapaisia pulsseja
14.07.2022Nanokvantisointi täyttää akkuteknologian aukon
08.07.2022Tutkijat teleportoivat kvantti-informaatiota kvanttiverkossa
06.07.2022Ensimmäinen orgaaninen bipolaaritransistori
01.07.2022Puuperäistä käyttövoimaa langattomille antureille
23.06.2022Perovskiitti ei hevillä antaudu
22.06.2022Pieni robotti kävelee kuin rapu
21.06.2022Uudenlaisen muistin rakentaminen
20.06.2022Nykytekniikalla fotoniselle kvanttirajalle
17.06.2022Polarisaatiota hyödyntävä fotoninen prosessori
16.06.2022Akkuteollisuus etsii uusia materiaaleja
15.06.2022Tutkijat tehostavat atomiradion vastaanottoa
14.06.2022Maanjäristyksen tunnistusta kvanttisalausverkolla
13.06.2022Yön aikainen aurinkokennotekniikka
10.06.2022Hedelmäkärpäsen digitaalinen kaksonen
09.06.2022Älykäs kvanttianturi
08.06.2022Inverttereiden roolista tulevaisuuden sähköverkossa
07.06.2022Hengittäviä kaasuantureita
06.06.2022Aaltoja suprajohtavuuteen ja aikakiteisiin
03.06.2022Monenlaista keramiikkaa
02.06.2022Seuraavan sukupolven älykäs keinoiho
01.06.2022Piin ja neuronin fuusio
31.05.2022Viritettävät kvanttiloukut eksitoneille
30.05.2022Uusi ihme- ja kvanttimateriaali
27.05.2022Uusia löytöjä lämmönhallintaan
26.05.2022Kaksi spiniä tuottaa kvanttiväylän
25.05.2022Katalyyttinen ja absorboiva kondensaattori
24.05.2022Perovskiitti sopii memristoriin ja transistoriin
23.05.2022Polttokennoja ohentaen
21.05.2022Paremman kvanttibitin rakentaminen
20.05.2022Atominohut eriste kuljettaa spinejä
19.05.2022Vetyä ja kvanttielektroniikkaa
18.05.2022Vikasietoinen kvanttitietokonemuisti timantissa
17.05.2022Kvanttiturhautumista etsien
16.05.2022Topologiaa langattomalle tekniikalle
14.05.2022Leväkenno pyörittää Arm Cortex M0+:aa
13.05.2022Ioninen nestepohjainen säilölaskenta
12.05.2022Nanotekninen mikroskooppikuvaus älypuhelimeen
11.05.2022Magneettisia skyrmioneja laserpulsseilla
10.05.2022Viallisia nanotimantteja tulostaen
09.05.2022Monen fotonin generaattori sirulle
08.05.2022Perovskiittikennojen kääntelyä
06.05.2022Kovalenttisilla sidoksilla 2D-2D-heterorakenteita
05.05.2022Suprajohteinen diodi
04.05.2022Lisää vettä litiumioni-akkuun
03.05.2022Konenäön visioita ja vaaroja
02.05.2022Kvanttiteleportaatio: kvanttidataliikenteen pikakaista
30.04.2022UPS:in lyijyakku vaihtuu alkaliakuksi
29.04.2022Einsteinin jalanjäljissä
28.04.2022Topologisia ilmiöitä korkeilla taajuuksilla
27.04.2022Vetymolekyylistä kvanttisensori
26.04.2022Konenäköä mikroroboteille
25.04.2022Mekaanista kvanttitekniikkaa
23.04.2022Bakteerit rummuttavat
22.04.2022Molekyylirobotit parveutuvat yhteistyöhön
21.04.2022Nesteet ja kiinteät aineet samalla tulostuksella
20.04.2022Kausiluontoisen energian varastointia
19.04.2022Ensimmäiset teollisesti valmistetut kubitit
18.04.2022Jalokivessä avain tulevaisuuden kvanttitietokoneille
15.04.2022Magnetosähköinen transistori
14.04.2022Laser integroitu litiumniobaattisirulle
13.04.2022Sähkömagneettista spektriä avaten
12.04.2022Negatiivinen hilakapasitanssi transistoreihin
11.04.2022Topologista valon ohjausta ja THz-modulaatiota
08.04.2022"Kuumat" spinkvanttibitit piitransistoreissa
07.04.2022Korkean lämpötilan Majoranat
06.04.2022Huonelämpöistä suprafluorenssia
05.04.2022Uusi alusta räätälöitäville kvanttilaitteille
04.04.2022Magneettinen läheisyysvaikutus esiin
02.04.2022Supernopean "elektronisateen" lähde
01.04.2022Kvanttimemristori ja neurolaskennan laajennus
31.03.2022Ennätystehokkuus ohuille piiaurinkokennoille
30.03.2022Atomistisia perusteita akuille
29.03.2022Uusia mahdollisuuksia atomistisilla kvanttitietokoneilla
28.03.2022Äärimmäiset rajat nykyelektroniikalle
26.03.2022Jalometalleista vapaa polttokenno
25.03.2022Aaltoilevan grafeenin elektroniikkaa
24.03.2022Kvanttitason lämpötilamittaukset solujen tasolle
23.03.2022Magnetismi ja korkean lämpötilan suprajohteet
22.03.2022Taajuusviritys nanosähkömekaanisesti
21.03.2022Kangas, joka "kuulee" sydämesi äänet
19.03.2022Syövänhoitoa magneettisilla siemenillä
18.03.2022MEMS-kytkimillä LiDAR:lle ennätystarkkuus
17.03.2022Lyijy pois nopeatoimisista akuista
16.03.2022Taajuuden helppoa kertomista
15.03.2022Parempaa näkökykyä roboteille
14.03.2022Uusia MOF-katalyyttejä
12.03.2022Ultraohuita kalvoja bioelektroniikalle
11.03.2022Kohti kiinteärakenteisia akkuja

Näytä lisää »