Excitonok gyorsíthatják a számítógépeket

A San Diegó-i Kalifornia Egyetem (UCSD) fizikusai egy rendkívül gyors integrált áramkört készítettek úgynevezett "exciton" kvázirészecskék alkalmazásával. A végeredmény egy új típusú, jóval gyorsabb számítógép lehet.

A felfedezésről a Nature Photonics szaklapban számoltak be. A tanulmányt tavaly nyáron már megelőzte egy exciton-alapú integrált áramkör (EXIC) bemutatója, ami 1,5 kelvinen (-271,65 Celsius-fokon) működött. Az EXIC hatékonyságának és gyorsaságának kulcsa az excitonok azon tulajdonságában rejlik, amivel egyszerre viselkednek fotonként és elektronként, így gyakorlatilag nincs szükség a fény elektronimpulzussá való átalakítására a logikai műveletek elvégzéséhez. Ilyen alacsony hőmérséklet azonban csak speciális kutatólaboratóriumokban állítható elő, ami jelentősen lekorlátozza az eszköz alkalmazási területeit.

A csapat legfrissebb bejelentése szerint sikerült közelebb hozni a realitáshoz a technikájukat, megalkottak ugyanis egy 125 kelvinen (-148 Celsius-fokon) is üzemeltethető áramkört. Ez a hőfok folyékony nitrogénnel viszonylag könnyen elérhető. "Célunk olyan hatékony excitonalapú eszközök előállítása, amik szobahőmérsékleten is képesek a működésre, és felválthatják az elektronikai eszközöket azokon a területeken, ahol fontos a nagy összekapcsolódási sebesség" - nyilatkozott a UCSD részéről Leonid Butov, a kutatócsoport vezetője. "Még mindig a fejlesztés korai szakában járunk. Csapatunk csak nemrég demonstrálta egy excitonokon alapuló tranzisztor alapelvét, a kutatás jelenleg is folyamatban van."

Az excitonok negatív töltésű elektron és pozitív töltésű "lyuk" párok, melyek fénnyel állíthatók elő egy félvezetőben, például gallium arzenidben. Amikor a félvezető fényt nyel el, az elektron és a lyuk újraegyesül, majd az elektron-lyuk páros, vagyis az exciton bomlani kezd és egy fényvillanás formájában kiereszti energiáját.

A tény hogy az excitonok fénnyé alakíthatók, gyorsabbá és hatékonyabbá teszik az exciton-alapú eszközöket hagyományos optikai interfészekkel ellátott elektronikus társaiknál. Utóbbiak elektronokat használnak a számításokhoz, amiket utána fénnyé kell alakítani, hogy a kommunikációs eszközökben használhassák. "Tranzisztoraink a jeleket excitonokkal dolgozzák fel, amik elektromos feszültséggel kontrollálhatók akárcsak az elektronok, azonban ellentétben velük az áramkör kimeneténél fotonokká alakulnak" - magyarázta Butov. "Az exciton közvetlen fotonná válása lehetővé teszi a számítástechnika és a kommunikáció összekapcsolását."