최초의 페타헤르츠 속도 광트랜지스터가 주변 조건에서 작동함

전자 및 센서 내부자

물리 및 광학 과학 부교수인 Mohammed Hassan(오른쪽)과 광학 및 물리학을 전공하는 대학원생 Mohamed Sennary가 페타헤르츠 속도 트랜지스터를 개발하는 데 사용한 상업용 트랜지스터를 들고 있습니다. (이미지 :연구원)

초고속 빛 펄스가 오늘날 최고의 프로세서보다 백만 배 빠른 속도로 컴퓨터를 작동할 수 있다면 어떨까요? 애리조나 대학의 연구원을 포함한 과학자 팀이 이를 가능하게 하기 위해 노력하고 있습니다.

획기적인 국제적 노력으로 이과대학 물리학과와 제임스 C. 와이언트 광학대학 연구원들은 1조분의 1초 미만 지속되는 빛의 펄스를 사용하여 그래핀의 전자를 조작하는 방법을 시연했습니다. 터널링이라고 알려진 양자 효과를 활용하여 그들은 거의 순간적으로 물리적 장벽을 우회하는 전자를 기록했는데, 이는 컴퓨터 처리 능력의 잠재적 한계를 재정의하는 위업입니다.

Nature Communications에 게재된 연구 이 기술이 어떻게 페타헤르츠 범위의 처리 속도로 이어질 수 있는지 강조합니다. 이는 최신 컴퓨터 칩보다 1,000배 이상 빠릅니다.

물리학 및 광학과학과 부교수인 모하메드 하산(Mohammed Hassan)은 이러한 속도로 데이터를 전송하면 우리가 알고 있는 컴퓨팅에 혁명을 일으킬 것이라고 말했습니다. Hassan은 오랫동안 광 기반 컴퓨터 기술을 추구해 왔으며 이전에는 세계에서 가장 빠른 전자 현미경 개발 노력을 주도해 왔습니다.

Hassan은 "우리는 인공 지능 소프트웨어와 같은 기술 개발에서 큰 도약을 경험했지만 하드웨어 개발 속도는 그렇게 빠르게 움직이지 않습니다."라고 말했습니다. "그러나 양자 컴퓨터의 발견에 힘입어 우리는 정보 기술 소프트웨어의 현재 혁명에 맞는 하드웨어를 개발할 수 있습니다. 초고속 컴퓨터는 우주 연구, 화학, 의료 등의 발견에 큰 도움이 될 것입니다."

Hassan은 물리학과 조교수인 U of A 동료 Nikolay Golubev와 함께 일했습니다. 광학 및 물리학을 전공하는 대학원생 Mohamed Sennary; 물리학 박사후 연구원인 Jalil Shah; 그리고 광학 대학원생 Mingrui Yuan. 여기에는 캘리포니아 공과대학 제트 추진 연구소와 독일 뮌헨 루드비히 막시밀리안 대학의 동료들이 합류했습니다.

연구팀은 원래 단일 탄소 원자 층으로 구성된 물질인 변형된 그래핀 샘플의 전기 전도도를 연구하고 있었습니다. 레이저가 그래핀에 빛을 비추면 레이저 에너지가 물질의 전자를 여기시켜 움직이게 하고 전류를 형성하게 됩니다.

때로는 이러한 전류가 서로 상쇄되기도 합니다. Hassan은 레이저의 에너지 파동이 위아래로 이동하여 그래핀의 양쪽에 동일하고 반대되는 전류를 생성하기 때문에 이러한 현상이 발생한다고 말했습니다. 그래핀의 대칭적인 원자 구조로 인해 이러한 전류는 서로 거울상을 이루고 서로 상쇄되므로 감지할 수 있는 전류가 남지 않습니다.

하지만 전자 하나가 그래핀을 통과해 빠져나가고 그 이동을 실시간으로 포착하고 추적할 수 있다면 어떨까요? 거의 즉각적인 "터널링"은 팀이 다양한 그래핀 샘플을 수정한 예상치 못한 결과였습니다.

"이것이 제가 과학에서 가장 좋아하는 점입니다. 진정한 발견은 일어날 것이라고 예상하지 못한 일에서 비롯됩니다."라고 Hassan은 말했습니다. "실험실에 들어가면 항상 무슨 일이 일어날지 예상하게 됩니다. 하지만 과학의 진정한 아름다움은 더 많은 조사를 하게 만드는 작은 일들입니다. 우리가 이러한 터널링 효과를 달성했다는 사실을 깨달은 후에는 더 많은 것을 알아내야 했습니다."

특별한 실리콘 층을 도입하기 위해 수정된 상업적으로 이용 가능한 그래핀 광트랜지스터를 사용하여 연구원들은 638 아토초의 속도로 스위치를 껐다 켜는 레이저를 사용하여 Hassan이 "세계에서 가장 빠른 페타헤르츠 양자 트랜지스터"라고 부르는 것을 만들었습니다.

트랜지스터는 두 지점 사이의 전기 흐름을 제어하는 전자 스위치 또는 증폭기 역할을 하며 현대 전자 제품 개발의 기본이 되는 장치입니다.

"참고로 1아토초는 100분의 1초입니다"라고 Hassan은 말했습니다. "이번 성과는 페타헤르츠 속도의 트랜지스터를 구현함으로써 초고속 컴퓨터 기술 개발에 큰 도약을 의미합니다."

일부 과학적 발전은 온도와 압력을 포함한 엄격한 조건에서 이루어졌지만, 이 새로운 트랜지스터는 주변 조건에서도 작동하여 일상 전자 제품에 상용화하고 사용할 수 있는 길을 열었습니다.

출처