Optinen kytkentä ylittää elektronisten transistoreiden nopeusrajat

Transienttinen Paulin estoilmiö tarjoaa lupaavan reitin ultranopean optisen kytkennän saavuttamiseksi puolijohteissa, mahdollistaen nopean kytkennän alun perin läpinäkymättömästä tilasta suhteellisen läpinäkyvään tilaan fotoeksitaation aikana.

Uudessa kehitysaskeleessa japanilainen tutkijaryhmä, jota johtaa professori Waseda yliopiston Junjun Jia on tutkinut transienttia Paulin estoilmiötä InN-kalvossa.

Tämä työ osoittaa, että pelkkä femtosekunnin laserin aiheuttama elektronilämpötilan nousu voi ohimenevästi estää optisen absorption, vaikka fotoviritettyjen varauksenkuljettajien määrä olisi merkityksetön verrattuna taustan elektronitiheyteen. Tämä kumoaa yleisen oletuksen, että laajakaistainen Paulin esto vaatii massiivista varauksenkuljettajien injektiota.

"Tuloksemme mahdollistavat täysin optisen kytkennän femtosekunnin ja pikosekunnin aikaskaaloilla, mikä ylittää reilusti elektronisten transistoreiden nopeusrajat. Tällainen erittäin nopea kytkentä on erityisen merkityksellistä sirulla oleville fotonipiireille, joissa nopeus ja erittäin pieni latenssi hallitsevat järjestelmän suorituskykyä; esimerkiksi suurteholaskennassa käytettävissä optisissa liitännöissä", Jia huomauttaa.

Merkillepantavaa on, että useimmat olemassa olevat optiset modulaattorit ovat luonnostaan kapeakaistaisia ja optimoituja yhdelle aallonpituudelle. Sitä vastoin tämä työ osoittaa laajakaistaisia läpinäkyvyysikkunoita, jotka syntyvät transienttisen Paulin estämisen seurauksena useiden kaistanvälisten siirtymien yli, mikä mahdollistaa optisen moduloinnin laajalla spektrialueella näkyvästä lähi-infrapunaan.

Tämä ominaisuus sopii hyvin adaptiivisiin fotonisiin järjestelmiin ja aallonpituusjakoisiin multipleksointitekniikoihin, joita käytetään optisessa tiedonsiirrossa, jon on käsiteltävä useita laservärejä samanaikaisesti.

Lisäksi tässä tutkimuksessa paljastettu erittäin nopea transienttinen Paulin estämisen epälineaarisuus voi tarjota fyysisesti vankan reitin kohti alle pikosekuntista optista aktivointia ja tahdistusta.

Löydetty vaikutus tarjoaa myös lupaavan fyysisen mekanismin optisille aktivointitoiminnoille, mikä mahdollistaa erittäin nopeat, energiatehokkaat ja täysin optiset epälineaariset vasteet, jotka ovat erittäin toivottavia seuraavan sukupolven fotonisten neuroverkkojen arkkitehtuureille ja lopulta tulevaisuuden fotonisille tekoälyjärjestelmille.

”Kaiken kaikkiaan tutkimuksemme käsittelee modernin tietotekniikan perustavanlaatuista rajoitusta: miten signaaleja voidaan vaihtaa nopeammin ja vähemmällä energialla. Osoittamalla, että laserilla voidaan välittömästi ohjata materiaalin läpinäkyvyyttä, tämä työ avaa uuden polun kohti ultranopeita, laajakaistaisia ja energiatehokkaita fotonisia laitteita”, Jia päättää.

Aiheesta aiemmin:

Elektronit eivät pysy atomiytimien vauhdissa