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科学家:单个晶体管中 电子和光子切换

编辑:博阳新科技 发表时间:2017-6-3

最新研究的晶体管激光器

研究人员开发了一种新型的晶体管激光器,可以在两种稳定的电子状态和光子状态之间切换,这有可能使数据传输比传统数字设备快100倍。晶体管原型具有所谓的双稳定,单个开关在光学和电信号输出之间交替的能力,并且可以帮助光子计算机系统的发展,其中数据通过光子而不是简单的电子在半导体之间穿梭。

将电子和光学双稳态晶体管,构建到计算机芯片中将显着提高处理速度,因为器件可以在没有电子限制的情况下发生干扰而进行通信。在传统的电子设备中,微芯片由称为晶体管的数十亿个微小开关组成,其作为用于将电子流引导通过集成电路的网关。随着现代计算机处理器变得越来越快,功能越来越强大,这种模式的问题在几十年前一直在电子设备上运行得很好,因此它们的晶体管数量不可避免地会增加。

晶体管中光子的运动轨迹
图1:光子在晶体管中的运动速度是电子的100倍

这种趋势就是来自于摩尔定律,晶体管在集成电路上的数量将每两年翻一番。摩尔定律自20世纪60年代首次预测以来,实际上保持了相当稳定的状态,但是一些技术问题,如果我们找不到其他的方法,这可能会影响研究进程。晶体管已经变得非常小,因为它越来越难以进一步物理缩小,而且还有人担心如果摩尔定律在未来继续下去,那么怎么才能实现节能型电子晶体管呢。

光子比电子的速度要快很多

除了这些要点之外,由于光可以比集成电路内的电子快得多,所以移动到基于光子的处理器,来代替电子设备非常有意义,这就是为什么科学家正在忙于研究,如何开发基于光的新型计算机。为此,在2004年开发了晶体管激光器的概念,这是一种兼具电和光输出的半导体器件。

冯先生于2016年解释说:“电流切换半导体材料的最快方法,是电子在材料中跳跃。光子有助于穿过电子,一个称为腔内光子辅助隧道的过程,使得器件运行速度更快。”在他们的最新研究中,同一个团队现在已经描述了,晶体管激光器如何在两个信号之间切换。因为尽管光子学的吸引力,研究人员说,我们仍然需要在将来的芯片设计中适应到电子领域上。这是有些人所说的全光计算机概念的问题,只是不可能,因为没有像全光学的东西。

在新的研究中,研究人员详细介绍了,他们的双稳态开关在-50摄氏度下工作的工作状态。研究人员进一步声称,实际上已经使设备在室温下工作。如果我们将在实际设备中使用这些晶体管,这将是非常重要的。

至于当我们在智能手机和笔记本电脑上,看到这种技术的时候,还不完全清楚。但是,当我们的微芯片在其中包含数十亿个微小的激光器的时候,肯定会制造出一个全新的计算机。但是这种全新的计算机,我们正在努力寻找更多途径。

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