Transferul electricităţii cu o viteză apropiată de cea a luminii ar putea reprezenta viitorul electronicii

Transferul datelor și viteza de calcul depind de cât de repede putem conduce electricitatea.

Oamenii de știință au reușit, într-un montaj experimental, să transfere electroni într-un interval de timp de ordinul femtosecundelor (10⁻¹⁵ s).

Transferul electronilor cu această viteză record a fost posibil cu ajutorul unor unde de lumină produse de un laser ultrarapid.

Chiar dacă va mai dura până când o astfel de configuraţie experimentală va fi integrată într-un laptop sau computer personal, realizarea cercetătorilor este un important pas înainte în direcţia realizării unor echipamente de calcul mult mai performante decât cele actuale.

În prezent, cele mai rapide componente electronice pot fi activate sau dezactivate într-un interval de ordinul picosecundelor (10⁻¹² s), fiind de aproximativ 1.000 de ori mai lente decât componentele experimentale dezvoltate de cercetători în acest experiment.

Printr-un nou procedeu fizicienii au reuşit să comute curenți electrici în aproximativ 600 attosecunde (o femtosecundă este egală cu 1.000 de attosecunde).

„Acesta poate fi viitorul îndepărtat al electronicii.

Experimentele noastre cu impulsuri de lumină laser au permis transferul electronilor într-un interval de ordinul attosecundelor”, a declarat fizicianul Alfred Leitenstorfer de la Universitatea Konstanz din Germania”.

Leitenstorfer și colegii săi au efectuat acest experiment în cadrul Centre for Applied Photonics din Konstanz cu ajutorul unui laser cu impulsuri ultrascurte.

Transferul electronilor la scară nanometrică cu ajutorul laserului. Credit: University of Konstanz

Laserul folosit de cercetători a generat o sută de milioane de pulsuri de lumină în fiecare secundă pentru a produce un curent electric măsurabil.

Folosind „antene” din aur la scară nanometrică în formă de papion (vezi imaginea de mai sus), câmpul electric al pulsului laser a fost concentrat într-un interstiţiu de doar 6 nanometri.

Ca urmare a efectului tunel și accelerării electronilor produși, cercetătorii au reuşit să comute curenți electrici în mai puţin de o femtosecundă, mai puțin de jumătate din perioada de oscilație a câmpului electric generat de pulsurile de lumină laser.

Depăşirea restricțiilor impuse de tehnologia convențională pe bază de semiconductori din siliciu s-a dovedit o provocare pentru oamenii de știință, dar utilizarea laserelor pentru a creşte viteza electronilor ar putea ajuta la depăşirea acestei bariere tehnologice.

Următoarea generație de computere ar putea beneficia de avantajele utilizării în paralel a cipurilor electronice şi a cipurilor optice.

Leitenstorfer și cercetătorii din echipa sa consideră că limitările sistemelor de calcul din prezent ar putea fi depășite folosind nanoparticule plasmonice și dispozitive optoelectronice, utilizând caracteristicile impulsurilor de lumină laser pentru a manipula electronii.

„Aceasta este o cercetare de bază a cărei implementare ar putea dura zeci de ani”, a declarat Leitenstorfer.

Următorul pas constă în realizarea unor noi experimente în diferite configurații, utilizând același principiu.

Cercetarea a fost publicată în Nature Physics.

Sursă: Science Alert