Fénnyel működő, gyors számítógépeket fejlesztenek

A Kaliforniai Egyetem (San Diego) fizikusainak sikerült olyan újfajta integrált áramköröket létrehozni, amelyek a szélesebb felhasználás számára is elérhető alacsony hőmérsékleten működnek. A felfedezés közelebb visz az új típusú gyors számítógépek megvalósításához.

A félvezetőkben, mint például a gallium-arzenidben a fény, a hő vagy egyéb gerjesztés hatására létrejövő úgynevezett elektronlyuk-párok kötött állapotban maradhatnak és kvázirészecskeként viselkedhetnek. Ezek az "elemi gerjesztések", más néven excitonok csak a félvezetőn belül létezhetnek.

A negatív töltésű elektront és a pozitív töltésű "lyukat" a közöttük ható Coulomb-erő tartja együtt, és mivel az exciton össztöltése nulla, e kvázirészecskék áramlása nem jelent elektromos áramot. Egy exciton kötési energiája sokkal kisebb, mérete pedig sokkal nagyobb, mint a hidrogénatomé. Az exciton felbomolhat szabad elektronra és lyukra, vagy pedig rekombinálódhat, azaz az elektron és a lyuk újraegyesülhet, ekkor a kötési energiája fényvillanás formájában felszabadul fel.

A kutatócsoport néhány hónappal ezelőtt már bemutatott egy excitonokkal működő integrált áramkört, melynek tranzisztorai az abszolút nulla fok közelében, 1,5 kelvinen funkcionálnak. Ez a hőmérséklet, mely a világűrt kitöltő 2,7 kelvines mikrohullámú háttérsugárzásnál is hidegebb, csak speciális laboratóriumokban hozható létre.

A kutatók a közelmúltban arról számoltak be, hogy sikerült olyan integrált áramkört építeni, amely 125 kelvinen, azaz -148 Celsius-fokos hőmérsékleten működik. Ez is nagyon hideg, de sokkal olcsóbban megvalósítható, például folyékony nitrogénnel, melynek literenkénti ára körülbelül annyi, mint a benziné.

"Célunk a szobahőmérsékleten használható, excitonok elvén működő készülékek létrehozása, melyek helyettesíthetik azokat a berendezéseket, melyeknél fontos a nagysebességű összeköttetés" - mondta Leonid Butov fizikus professzor, a kutatás vezetője. "Egyelőre a fejlesztés korai szakaszában vagyunk, csapatunk csak a közelmúltban bizonyította az excitonokon alapuló tranzisztorok lehetőségét."

Mivel az excitonok fénnyé alakíthatók, az excitonos eszközök gyorsabbak és hatékonyabbak, mint a hagyományos, optikai interfészekkel ellátott elektronikus készülékek, melyek elektronokat használnak a műveletek elvégzésére, és ezeket az elektronokat kell fénnyé konvertálni a kommunikációs berendezésekben.

Alex High and Aaron Hammack az optikai készülék beállításánál a laboratóriumukban

A jelfeldolgozásra excitonokat használó tranzisztorok - ugyanúgy, mint az elektronokkal dolgozók - elektromos feszültséggel szabályozhatók, de az excitonokat az elektronoktól eltérően nem kell fotonokká alakítani az áramkör kimeneténél. Ez a közvetlen csatolás az excitonok és a fotonok között teszi lehetővé a számítási lépések és a kommunikáció összekapcsolását.

Posztobányi Kálmán