研究人員最新展示了未來光晶體管的平臺(tái)

（文章來源：科技報(bào)告與資訊）
納米光子學(xué)領(lǐng)域的研究人員一直在努力開發(fā)光學(xué)晶體管，這是未來光學(xué)計(jì)算機(jī)的關(guān)鍵組件。這些設(shè)備將使用光子而不是電子來處理信息，從而減少熱量并提高運(yùn)行速度。但是，光子不能很好地相互作用，這對(duì)微電子工程師來說是一個(gè)大問題。俄羅斯圣光機(jī)大學(xué)（ITMO）的一組研究人員提出了解決該問題的新方法：通過創(chuàng)建一個(gè)平面系統(tǒng)將光子耦合到其他粒子，從而使它們彼此相互作用。他們的方法有望為開發(fā)未來的光學(xué)晶體管提供平臺(tái)。研究成果發(fā)表在《Light: Science & Applications》上。

晶體管的功能源于電子的受控運(yùn)動(dòng)。這種方法已經(jīng)使用了數(shù)十年，但仍然存在一些缺點(diǎn)。首先，電子設(shè)備在執(zhí)行任務(wù)時(shí)往往會(huì)變熱，這意味著一部分能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃勘焕速M(fèi)掉，不用于實(shí)際工作。為了防止變熱，設(shè)備配備了冷卻元件，也因此浪費(fèi)了更多的能量。第二，電子設(shè)備的處理速度有限。這些問題中的一些可以通過使用光子而不是電子來解決。使用光子進(jìn)行信息編碼的設(shè)備將產(chǎn)生更少的熱量，使用更少的能量并且工作速度更快。

因此，全世界的科學(xué)家都在光學(xué)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域進(jìn)行研究。但是，主要問題是，光子與電子不同，它們不會(huì)相互作用。因此，研究人員提出了“訓(xùn)練”光子相互作用的方法。一種想法是將光子與其他粒子耦合。ITMO物理與工程系的一組研究人員，展示了一種新的實(shí)現(xiàn)方式，其中光子與單層半導(dǎo)體中的激子耦合。當(dāng)電子被激發(fā)時(shí)，激子在半導(dǎo)體中形成，留下空穴。電子及其空穴都可以相互作用，從而產(chǎn)生一個(gè)新粒子，即激子。

ITMO大學(xué)的首席研究員，論文的作者之一瓦西里·克拉夫佐夫（Vasily Kravtsov）解釋說：“如果我們將激子與輕粒子強(qiáng)耦合，我們將得到極化子，這意味著它們可以用于非?？焖俚貍鬏斝畔?，同時(shí)，它們又可以很好地彼此交互?！?/p>

創(chuàng)建基于極化子的晶體管并非易事。研究人員需要設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)，在這些系統(tǒng)中，這些粒子可以存在足夠長(zhǎng)的時(shí)間，同時(shí)仍保持其較高的相互作用強(qiáng)度。在ITMO物理與工程系的實(shí)驗(yàn)室中，借助于激光、波導(dǎo)和極薄的二硒化鉬半導(dǎo)體層來創(chuàng)建極化子。將三原子厚的半導(dǎo)體層放在納米光子波導(dǎo)上，在其表面上刻有非常細(xì)的溝槽的精確網(wǎng)。之后，用紅色激光點(diǎn)亮，在半導(dǎo)體中產(chǎn)生激子。這些激子與光粒子耦合，產(chǎn)生極化子，捕獲在系統(tǒng)中。

以這種方式獲得的極化子不僅存在相對(duì)較長(zhǎng)的時(shí)間，而且具有極高的非線性度，這意味著它們彼此之間會(huì)相互作用?！斑@使我們更接近于制造光學(xué)晶體管，因?yàn)槲覀儸F(xiàn)在有一個(gè)小于100納米厚的平面平臺(tái)，可以集成在芯片上。由于非線性度很高，因此我們不需要強(qiáng)大的激光器，較小的紅色光源就足夠了，也可以集成到芯片上。” Vasily Kravtsov說道。

目前，這項(xiàng)研究仍在繼續(xù)，因?yàn)檠芯咳藛T必須證明其系統(tǒng)在室溫下的效率。
（責(zé)任編輯：fqj）