Международная команда исследователей из России и Южной Кореи совместно разработала «наноэкситонный транзистор», который обошел ограничения существующих транзисторов.
У существующих транзисторов, используемых для усиления, генерирования, коммутации и преобразования электрических сигналов, есть важное ограничение: в процессе работы они теряют часть энергии в виде излучаемого тепла, что ограничивает скорость передачи сигнала. Но международной команде ученых из Университета ИТМО (Россия) и Пхоханского университета науки и технологий (Южная Корея) удалось обойти это ограничение, создав «наноэкситонный транзистор» с использованием внутрислойных и межслойных экситонов в гетероструктурных полупроводниках. Он позволит сверхбыстро передавать сигнал при минимуме теплопотерь.
Экситоны, отвечающие за эмиссию света в полупроводниках квазичастицы, необходимы для разработки светоизлучающих элементов следующего поколения, которые будут излучать меньше тепла и станут источниками света для квантовых информационных технологий. В полупроводниковой двухслойной гетероструктуре, представляющей собой стопку двух разных полупроводниковых монослоев, есть два типа экситонов: внутрислойные экситоны с горизонтальной ориентацией и межслойные экситоны с вертикальной ориентацией.
У оптических сигналов, излучаемых двумя типами экситонов, разные яркость, продолжительность и время когерентности. Это означает, что выборочное управление двумя оптическими сигналами позволит разработать двухбитный экситонный транзистор. Однако управлять внутри- и межслойными экситонами в наноразмерных пространствах оказалось непросто из-за неоднородности полупроводниковых гетероструктур и низкой световой эффективности межслойных экситонов в дополнение к дифракционному пределу света.
Ранее ученые предложили технологию управления экситонами в наноуровневых пространствах, и на этот раз, впервые в мире, они смогли дистанционно контролировать плотность и яркостную эффективность экситонов. Наиболее значительное преимущество этого метода, который сочетает в себе фотонный нанорезонатор и пространственный модулятор света, — это то, что он может обратимо управлять экситонами, почти не повреждая полупроводниковый материал. Кроме того, наноэкситонный транзистор, использующий «свет», может помочь обрабатывать огромные объемы данных со скоростью света, сводя к минимуму потери тепловой энергии.
Поскольку по мере увеличения роли искусственного интеллекта в нашей жизни потребуются огромные объемы данных для обработки, обучения и анализа, наноэкситонный транзистор, как надеются авторы исследования, опубликованного в журнале ACS Nano, сыграет важную роль в будущих компьютерных технологиях.