Транзисторы из диэлектриков могут быть в 10 000 раз быстрее полупроводниковых

Если через кварц в обычном состоянии пропустить ток, то это нанесёт непоправимый ущерб его внутренней структуре, не говоря уже об энергозатратах. (Фото Wikimedia Commons).

Физики исследовали изменяемость электропроводности диэлектриков после воздействия на них фемтосекундными лазерными импульсами и пришли к чрезвычайно нетривиальным выводам. В команду исследователей входили Марк Стокман (Mark Stockman) и Вадим Апальков из Университета штата Джорджия (США), а также группа под руководством известного специалиста в области фемтосекундных лазеров Ференца Крауса (Ferenc Krausz) из Института квантовой оптики Общества Макса Планка (Германия).

Как известно, металлы проводят ток, а диэлектрики — нет (не считая пробоя, локально разрушающего их). Ну а полупроводники… Впрочем, читатель уже и так догадался, что делают полупроводники, если, конечно, не знал этого наверняка.

Но, как удалось обнаружить названным учёным, если диэлектрик «обстрелять» сверхкороткими лазерными импульсами, то на очень небольшое время он, вопреки названию, получает возможность проводить ток без малейшего вреда для своей структуры.

Иными словами, он становится чем-то вроде полупроводника, у которого переключение состояний производится под действием фемтосекундного лазерного импульса. Благодаря краткости такой искусственно вызванной проводимости диэлектрик может переходить из одного состояния в другое за 1 фемтосекунду (одну квадриллионную секунды), то есть в 10 тыс. раз быстрее, чем это случается у полупроводника.

Нечего и говорить, что создание устройств на базе таких «полупроводников с оптически стимулируемым переходом» может означать рост скорости обработки информации в то же число раз.

Как отмечают авторы исследования, верхний предел частоты процессора, построенного на такой диэлектрической основе, составит 1 петагерц (миллион гигагерц), в то время как для сегодняшнего компьютера и 3 ГГц выглядят почти подвигом.



Схема экспериментальной установки (иллюстрация Ferenc Krausz et al.).

«Теперь мы принципиально можем получить устройство, работающее в 10 000 раз быстрее, чем транзистор на 100 ГГц, — комментирует ситуацию Марк Стокман. — Это эффект поля, тот же самый, что контролирует [обычный] транзистор».

Интересно, что в экспериментах с кварцем самые быстрые процессы длились 100 аттосекунд (100 квинтиллионных секунды). Именно это время занял у кварца переход от диэлектрического состояния к временной способности проводить ток и обратно.

Источник
Результаты исследований опубликованы в журнале Nature.