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半導體/PCB

德國物理學家利用激光實現了電子的亞光速傳播

來源:千千靜聞2019-12-30 我要評論(0 )   

當我們(men) 敲擊鍵盤或者觸碰手機屏幕時,電腦或者手機能夠響應我們(men) 的操作。但這個(ge) 響應時間並不是瞬發的,一項新的研究或許能將這種響

當我們(men) 敲擊鍵盤或者觸碰手機屏幕時,電腦或者手機能夠響應我們(men) 的操作。但這個(ge) 響應時間並不是瞬發的,一項新的研究或許能將這種響應速度提高2000倍!


我們(men) 知道光的速度是完美的30萬(wan) 千米每秒(真空中),狹義(yi) 相對論指出光速不可逾越,並且實驗也驗證了這一點。擁有光速的不僅(jin) 僅(jin) 隻是光或者電磁波,電的傳(chuan) 播也是光速。


電在導體(ti) 中幾乎是瞬間傳(chuan) 送的,這個(ge) 傳(chuan) 播速度慢一點快一點對我們(men) 似乎沒有什麽(me) 影響。但當電通過開關(guan) 打開或者關(guan) 閉時,這個(ge) 速度卻不是光速,也就是說開關(guan) 會(hui) 降低電的傳(chuan) 播速度。



在數據傳(chuan) 輸和計算方麵,我們(men) 移動電子和導電的速度越快越好。集成電路中存在各種各樣的開關(guan) ,當開關(guan) 打開或關(guan) 閉時,在納米範圍內(nei) 電流以電子的形式傳(chuan) 播。電子的傳(chuan) 播速度遠遠低於(yu) 光速,不過德國康斯坦茨大學的物理學家阿爾弗雷德·萊滕斯托弗(Alfred Leitenstorfer)領導的團隊在實驗室中實現了電子的亞(ya) 飛秒(1飛秒等於(yu) 一千萬(wan) 億(yi) 分之一秒)速度傳(chuan) 輸,這項研究已經發表在《自然》雜誌上。


科學家利用超快激光產(chan) 生的光波操縱電子,精心製作和產(chan) 生的光波操縱電子。不過這種技術目前隻存在於(yu) 實驗室,離應用到我們(men) 的生活還有很長的路要走。


目前最快的電子元件可以在皮秒(萬(wan) 億(yi) 分之一秒)內(nei) 打開或關(guan) 閉,1皮秒等於(yu) 1000飛秒。


物理學家利用最新的方法,能夠讓開關(guan) 在600阿秒轉換電流,1阿秒等於(yu) 千分之一飛秒。


萊滕斯托弗說:“這很可能是電子學的遙遠未來。”我們(men) 的單周期光脈衝(chong) 實驗已經把我們(men) 帶進了電子輸運的阿秒範圍。”


萊滕斯托弗和他的同事在康斯坦茨大學的應用光子學中心建立一個(ge) 精確的裝置。他們(men) 的係統主要有兩(liang) 個(ge) 功能,精密操控超短光脈衝(chong) 和構建納米結構。



研究小組使用的激光器能夠每秒鍾輸出一億(yi) 個(ge) 單周期光脈衝(chong) ,以產(chan) 生可測量的電流。使用蝴蝶結形狀的納米級金天線,脈衝(chong) 的電場被集中到一個(ge) 隻有6納米寬(6000萬(wan) 分之一米)的間隙中。研究人員可以在飛秒以下很好地切換電流,這個(ge) 時間不到光脈衝(chong) 電場振蕩周期的一半。



突破傳(chuan) 統矽半導體(ti) 技術的限製對科學家來說是一個(ge) 挑戰,但利用光的瘋狂快速振蕩來幫助電子加快速度,可以為(wei) 突破電子技術的限製提供新的途徑。


這在下一代計算機中可能是非常有利,科學家們(men) 目前正在試驗光和電子以各種不同的方式協同工作的方法。


萊滕斯托弗和他的團隊認為(wei) ,利用等離子體(ti) 納米顆粒和光電器件,利用光脈衝(chong) 的特性在超小尺度上操縱電子,可以克服當今計算係統中半導體(ti) 矽原件低速傳(chuan) 播的局限性。這是非常基礎的研究,可能要到幾十年後才能得到應用。


研究團隊接下來需要做的是使用相同的原理試驗各種不同的設置,這種方法甚至可能為(wei) 量子計算提供幫助。


讓我們(men) 拭目以待吧,有生之年應該能夠看到。

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