تمهد دراسة المفاتيح الضوئية المحطمة للأرقام القياسية الطريق للإلكترونيات فائقة السرعة

تمكن فريق من الفيزيائيين الدوليين ، بقيادة جامعة أريزونا ، من تبديل إشارة ضوئية بصريًا بمعدلات أتوثانية من أجل تحقيق سرعات نقل بيانات لا يمكن الوصول إليها حتى الآن: واحد على جزء من المليون من الثانية هو الأتوثانية.

قال محمد حسن ، الأستاذ المساعد في الفيزياء والعلوم البصرية ، "إن الترانزستورات القائمة على أشباه الموصلات موجودة في جميع الإلكترونيات التي نستخدمها اليوم". "إنها جزء من كل صناعة - من لعب الأطفال إلى الصواريخ - وهي اللبنات الأساسية لبناء الإلكترونيات."

ستنظم الترانزستورات الضوئية الإشارات الكهربائية

تستخدم الأجهزة الإلكترونية أشباه الموصلات لتبديل تدفق الكهرباء والبيانات ، ويُشار إليها إما بـ "تشغيل" أو "إيقاف تشغيل" ، وذلك باستخدام الإشارات الكهربائية المنقولة عبر الموجات الدقيقة. وبحسب حسن ، فإن تطوير الإلكترونيات الضوئية فائقة السرعة وبناء "ترانزستورات بصرية" سيكون ممكنا من خلال استخدام ضوء الليزر لتنظيم الإشارات الكهربائية في مستقبل الإلكترونيات ، حسبما جاء في البيان الصحفي .

وفقًا لحسن ، يمكن لأسرع ترانزستورات أشباه الموصلات في العالم أن تعمل بسرعة تزيد عن 800 جيجاهيرتز. يتم قياس نقل البيانات عند هذا التردد بمقياس بيكو ثانية ، أو واحد تريليون جزء من الثانية.

منذ اختراع ترانزستور أشباه الموصلات ، زادت قوة معالجة الكمبيوتر بشكل مطرد. ومع ذلك ، وفقًا لحسن ، فإن إحدى المشكلات الرئيسية في تطوير تقنية أسرع هي أن الحرارة الناتجة عن إضافة الترانزستورات باستمرار إلى شريحة ميكروية ستتطلب في النهاية طاقة أكثر لتبريد مما يمكن أن تمر عبر الشريحة.

وقال حسن: "سيسمح هذا التقدم الجديد أيضًا بترميز البيانات على نبضات الليزر فائقة السرعة ، مما سيزيد من سرعة نقل البيانات ويمكن استخدامه في الاتصالات بعيدة المدى من الأرض إلى الفضاء السحيق". "هذا يعد بزيادة السرعة المحدودة لمعالجة البيانات وتشفير المعلومات وفتح عالم جديد من تكنولوجيا المعلومات."

نُشر في مجلة Science Advances في 22 فبراير ، ساهم أيضًا الباحث المساعد في الفيزياء ما بعد الدكتوراه في جامعة أريزونا داندان هوي وطالب الدراسات العليا في الفيزياء حسين القطان في المقالة ، بالإضافة إلى باحثين من جامعة ولاية أوهايو وجامعة لودفيج ماكسيميليان في ميونيخ.

يمكنك مشاهدة الفيديو ذي الصلة أدناه:

ملخص الدراسة:

تأسست الإلكترونيات الحديثة على تبديل الإشارة الكهربائية عن طريق الحقول الكهرومغناطيسية بالترددات الراديوية على مقياس زمني نانوثانية ، مما يحد من معالجة المعلومات بسرعة جيجا هرتز. في الآونة الأخيرة ، تم عرض المفاتيح الضوئية باستخدام تيراهيرتز ونبضات ليزر فائقة السرعة للتحكم في الإشارة الكهربائية وتعزيز سرعة التحويل إلى مقياس زمني للبيكو ثانية وبضع مئات من الفمتوثانية. هنا ، نستغل تعديل الانعكاسية لنظام عازل السيليكا المنصهر في مجال ضوء قوي لإثبات التبديل البصري (ON / OFF) بدقة زمنية تصل إلى الثانية. علاوة على ذلك ، نقدم القدرة على التحكم في إشارة التبديل الضوئية مع الحقول المركبة المعقدة لنبضات الليزر فائقة القصر لتشفير البيانات الثنائي.