Учёные из Университета Аризоны совместно с международными коллегами создали световой транзистор на базе графена, способный работать на частотах, в миллион раз превышающих скорость современных чипов. Новое устройство использует световые импульсы длительностью всего несколько аттосекунд – это одна квинтиллионная доля секунды.
В ходе эксперимента исследователи показали, что такие ультракороткие лазеры позволяют управлять электронами в графене почти мгновенно. В результате удалось добиться обработки сигналов в петагерцовом диапазоне – настолько высоком, что это открывает путь к ультрабыстрым вычислениям.
Ключом к успеху стал квантовый эффект туннелирования: под воздействием света электроны проходили через энергетические барьеры без задержки. Обычно симметричная структура графена подавляет электрические токи, но добавление специального слоя кремния и точно синхронизированный лазер позволили изменить поведение материала. Команде удалось зафиксировать, как один электрон прошёл через барьер в реальном времени.
Чтобы зафиксировать это туннелирование, команда использовала коммерческий фототранзистор на графене, модифицировав его с помощью кремния. Световые импульсы длительностью 638 аттосекунд обеспечили переключение устройства на рекордной скорости. Это делает новый транзистор самым быстрым из когда-либо созданных.
Обычные транзисторы управляются напряжением и играют роль ключевых компонентов цифровой электроники. Новый образец работает не от тока, а от света, и открывает качественно новую область в вычислительной технике.
По словам ведущего автора исследования, доцента кафедры физики и оптических наук Мохаммеда Хассана, такие неожиданности в лаборатории делают науку особенно захватывающей. Он отметил, что, хотя у учёных были определённые ожидания, именно “небольшие неожиданности” заставили их углубиться в исследование.
Разработка не требует особых условий – транзистор работал при комнатной температуре, что даёт реальный шанс на интеграцию в коммерческие системы. Сейчас команда сотрудничает с Tech Launch Arizona, чтобы оформить патент и начать коммерциализацию технологии. Хассан выразил надежду на партнёрство с индустрией, чтобы воплотить транзистор с петагерцовой скоростью в реальных микрочипах.
По словам Хассана, несмотря на бурное развитие программных технологий – таких как ИИ, – прогресс в аппаратной части отстаёт. Новое открытие может помочь преодолеть этот разрыв и синхронизировать темпы развития.
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.