Új korszak küszöbén állunk: olyan számítógépek megjelenése várható, amelyek teljesítménye akár ezerszeresére is nőhet! A forradalmi újítás, amelyet most fedeztek fel, gyökeresen eltér a hagyományos tranzisztoros megoldásoktól.

Mi lenne, ha az ultragyors fényimpulzusok ezerszer nagyobb sebességgel tudnának számítógépeket működtetni, mint a mai legjobb processzorok? Ez talán nem is olyan sokára megvalósulhat egy nemzetközi kutatócsoport innovációjának köszönhetően.

A klasszikus szilícium alapú tranzisztorok sebessége korlátozott, amelyet a fizikai anyagok tulajdonságai és az elektromos ellenállás határoz meg. Azonban egy új innováció forradalmasíthatja a helyzetet: az elektronok fényre való áthelyezése új dimenziókat nyithat a kapcsolási sebesség terén.

Az Arizonai Egyetem kutatói nemzetközi kollégáikkal közösen egy forradalmi áttörést értek el, amikor megalkották a világ első petahertzes sebességű tranzisztorát. Ez a felfedezés gyökeresen átalakíthatja a számítástechnika jövőjét, lehetővé téve, hogy az információk feldolgozása már ne csupán az elektromosság, hanem a fénysebesség révén történjen. A tranzisztor, amely az elektronikai rendszerek szívében működik, mint kapcsoló vagy erősítő, kulcsfontosságú szerepet játszik a modern technológia fejlődésében, mivel szabályozza az áram áramlását két pont között. Az új fejlesztés tehát nem csupán egy technikai újítás, hanem a digitális világ jövőjének új irányát is kijelöli.

A Nature Communications folyóiratban a kutatók bemutatták, miként sikerült manipulatív módon befolyásolni a grafénben található elektronokat, mindezt kevesebb mint egybilliomod másodpercig tartó fényimpulzusok alkalmazásával. A kvantumalagút-effektus, mely régóta foglalkoztatja a tudósokat, most először került rögzítésre valós időben, lehetővé téve a folyamatok aktív beavatkozását is. Ez a felfedezés új dimenziókat nyithat a kvantumfizika és az anyagtudomány területén.

A TechSpot Mohammed Hassant, az Arizonai Egyetem fizika és optika tudományok docensét idézi, aki elmondta, hogy felfedezésük petahertzes tartományba eső feldolgozási sebességet eredményezhet - több mint ezerszer gyorsabbat, mint amire mai számítógépeket működtető chipek képesek. Egy ilyen ugrás, véli, átalakítaná a számítástechnikát, óriási előrelépést téve lehetővé számos területen, a mesterséges intelligenciától és az űrkutatástól kezdve a kémián át az egészségügyig. "Az Arizonai Egyetem már ismert a világ leggyorsabb elektronmikroszkópjáról, és szeretnénk, ha mi is ismertek lennénk az első petahertz sebességű tranzisztorról" - tette még hozzá.

A kutatócsoport kezdetben az egyetlen szénatomrétegből felépülő grafén módosított mintáit vizsgálta a vezetőképesség szempontjából. Amikor egy lézer fénye érinti a grafént, a lézer által kibocsátott energia gerjeszti az anyagban található elektronokat, amelyek így mozgásra és elektromos áram kialakulására ösztönződnek. Ugyanakkor előfordulhat, hogy ezek az áramok kölcsönösen kioltják egymást. Hassan megállapítása szerint ennek az az oka, hogy a lézer energiahulláma fel-le mozogva, egyenlő és ellentétes irányú áramokat hoz létre a grafén két oldalán. Mivel a grafén szimmetrikus atomszerkezettel bír, ezek az áramok tükröződnek és kioltják egymást, így végül nem marad mérhető áram.

A grafénminták átalakítása után egy különös felfedezésre bukkantak a kutatók. Megfigyelték, hogy egyetlen elektron is képes "alagutazni" az anyagon keresztül, és hogy ezt a mulandó eseményt valós időben lehet rögzíteni. Ez a meglepő eredmény újabb kutatásokra ösztönözte őket, ami végül elvezetett "a világ leggyorsabb petahertzes kvantumtranzisztorának" megalkotásához.

A tudósok egy kereskedelmi forgalomban elérhető grafén fototranzisztort alkalmaztak, amelyet egy speciálisan kialakított szilíciumréteggel erősítettek meg. Lézeres vizsgálatok során kiderült, hogy ez a különleges szerkezet hihetetlen sebességgel működik: mindössze 638 attoszekundum alatt kapcsol be és ki. Az attoszekundum a másodperc milliárdod része, tehát ez a teljesítmény elképesztő. Az eredmény egy petahertzes sebességgel operáló tranzisztor lett, amely korábban szinte lehetetlennek tűnt. Míg sok tudományos kísérlet szigorú laboratóriumi körülmények között zajlik, például meghatározott hőmérséklet és nyomás mellett, ez az új tranzisztor a normál környezeti viszonyok között is működik, így megnyitva a lehetőséget a kereskedelmi forgalomba hozatalra és a mindennapi elektronikai eszközökben való alkalmazásra.

Hassan és csapata éppen a találmányuk szabadalmaztatási folyamatán dolgozik. Jelenlegi céljuk egy olyan tranzisztor verzió kifejlesztése, amely kompatibilis a szabványos, kereskedelmi forgalomban elérhető lézerekkel. Ezzel a lépéssel szeretnék megkönnyíteni a technológia hozzáférhetőségét ipari partnereik számára. A következő kihívásuk pedig a petahertzes sebességű tranzisztor mikrochipre való integrálása, amely jelentős előrelépést jelentene a területen.