Университетът в Аризона може да се превърне в родното място на първия в света транзистор с петахерцова скорост. Ако тази изследователска разработка се окаже успешна, тя може да постави началото на нова ера в областта на компютрите, в която скоростта на светлината, а не на електричеството определя темпото на иновациите.

Екип от учени разкри пробив, който един ден може да накара компютрите да работят със скорости, милиони пъти по-високи от тези на днешните най-модерни процесори.

Откритието се основава на използването на свръхбързи светлинни импулси за контрол на движението на електрони в графен – материал с дебелина само един атом. Изследването, публикувано неотдавна в Nature Communications, показва, че електроните могат да бъдат накарани да заобикалят бариери почти мигновено, като изстрелват лазерни импулси с продължителност под една трилионна част от секундата към графена. Това явление, известно като квантово тунелиране отдавна интригува физиците, но способността на екипа да го наблюдава и манипулира в реално време бележи значителен етап.

Мохамед Хасан, доцент по физика и оптични науки в Университета на Аризона обяснява, че този напредък може да доведе до скорости на обработка в петахерцовия диапазон – над 1000 пъти по-бързи от чиповете, захранващи днешните компютри.

По думите му подобен скок ще промени облика на компютрите, позволявайки драматичен напредък в области, вариращи от изкуствен интелект и космически изследвания до химия и здравеопазване.

Хасан, който преди това е ръководил разработването на най-бързия електронен микроскоп в света е работил заедно с колеги от Университета на Аризона, Лабораторията за реактивно движение на Калифорнийския технологичен институт и Мюнхенския университет „Лудвиг Максимилиан“. Първоначално екипът се фокусирал върху изучаването на това как графенът провежда електричество, когато е изложен на лазерна светлина. Обикновено симетричната структура на графена води до това, че токовете, генерирани от двете страни се неутрализират взаимно, което води до липса на общ ток.

Въпреки това екипът прави изненадващо откритие след модифициране на графеновите проби. Те наблюдават, че един-единствен електрон може да „тунелира“ през материала, и че това мимолетно събитие може да бъде уловено в реално време. Този неочакван резултат подтикнал към по-нататъшни изследвания и в крайна сметка доведе до създаването на това, което Хасан нарича „най-бързият в света петахерцов квантов транзистор“.

За целта учените използват наличен в търговската мрежа графенов фототранзистор, подобрен със специален силициев слой. Те го излагат на въздействието на лазер, който се включва и изключва с изумителната скорост от 638 атосекунди – всяка атосекунда е една квинтилионна част от секундата. Резултатът е транзистор, способен да работи с петахерцови скорости – постижение, което преди се смяташе за недостижимо.

За разлика от много научни открития, които изискват строго контролирана лабораторна среда, този нов транзистор функционира в ежедневни условия на околната среда. Това отваря вратите за адаптиране на технологията за търговска употреба и интегрирането ѝ в бъдещи поколения електронни устройства.

Хасан и екипът му сега работят с Tech Launch Arizona, за да патентоват и комерсиализират изобретението си. Следващата им цел е да разработят версия на транзистора, която да работи със стандартни, налични в търговската мрежа лазери, което ще направи технологията по-достъпна за индустриалните партньори.