研究人員手持用來開發(fā)拍赫茲晶體管的商用晶體管。圖片來源:美國亞利桑那大學(xué)

在一項(xiàng)國際合作研究中,美國亞利桑那大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)展示了一種利用持續(xù)時(shí)間不到萬億分之一秒的超快光脈沖來操縱石墨烯中電子的方法。通過量子隧穿效應(yīng),他們記錄到了電子幾乎瞬間繞過物理屏障的現(xiàn)象,在引入市售晶體管后,成功制造出首個(gè)速度達(dá)到拍赫茲的光電晶體管。這一成果將重新定義計(jì)算機(jī)處理能力的極限,意味著超高速計(jì)算機(jī)技術(shù)的重大飛躍。該研究成果發(fā)表在最新一期《自然-通訊》上。

這種新技術(shù)有望使計(jì)算機(jī)以比當(dāng)前頂級處理器快100萬倍的速度運(yùn)行,可極大地推動(dòng)計(jì)算方式的革命。隨著人工智能等軟件技術(shù)迅速發(fā)展,硬件的進(jìn)步顯得尤為重要。基于這項(xiàng)發(fā)現(xiàn),科學(xué)家可以開發(fā)出與軟件技術(shù)革新相匹配的新一代硬件。這將顯著促進(jìn)太空探索、化學(xué)研究、醫(yī)療保健等多個(gè)領(lǐng)域的進(jìn)步。

最初,該研究專注于石墨烯改性樣品的電導(dǎo)率。石墨烯是一種由單層碳原子構(gòu)成的材料。當(dāng)激光照射到石墨烯上時(shí),會(huì)激發(fā)其中的電子并形成電流。由于石墨烯具有對稱的原子結(jié)構(gòu),這些電流往往會(huì)相互抵消,致使檢測不到凈電流。但研究團(tuán)隊(duì)意外地發(fā)現(xiàn),通過修改石墨烯樣品,他們能夠捕捉到電子幾乎瞬間穿過石墨烯的過程——這就是所謂的“隧穿”現(xiàn)象。

為了制造這種世界上最快的拍赫茲量子晶體管,研究團(tuán)隊(duì)使用了市售石墨烯光電晶體管,并在其基礎(chǔ)上引入了一層特殊的硅層。通過以638阿秒(1阿秒等于百億億分之一秒)的速率開關(guān)的激光,他們成功實(shí)現(xiàn)了這一創(chuàng)舉。

晶體管作為現(xiàn)代電子學(xué)的核心組件,控制著兩點(diǎn)之間的電流,是電子設(shè)備的基礎(chǔ)。這種新型晶體管能夠在日常環(huán)境條件下工作,為未來的商業(yè)化應(yīng)用和電子產(chǎn)品研發(fā)開辟了新的可能性。

這一成就不僅展示了未來計(jì)算機(jī)處理速度的巨大潛力,也為信息技術(shù)的發(fā)展帶來了新的希望。