首個速度達(dá)拍赫茲光電晶體管問世

研究人員手持用來開發(fā)拍赫茲晶體管的商用晶體管。圖片來源:美國亞利桑那大學(xué)

科技日報北京5月21日電 （記者張夢然）在一項具有開創(chuàng)性意義的國際合作研究中，美國亞利桑那大學(xué)研究團(tuán)隊展示了一種利用持續(xù)時間不到萬億分之一秒的超快光脈沖來操縱石墨烯中電子的方法。通過量子隧穿效應(yīng)，他們記錄到了電子幾乎瞬間繞過物理屏障的現(xiàn)象，在引入市售晶體管后，成功制造出首個速度達(dá)到拍赫茲的光電晶體管。這一成果將重新定義計算機(jī)處理能力的極限，意味著超高速計算機(jī)技術(shù)的重大飛躍。該研究成果發(fā)表在最新一期《自然·通訊》上。

這種新技術(shù)有望使計算機(jī)以比當(dāng)前頂級處理器快100萬倍的速度運行，可極大地推動計算方式的革命。隨著人工智能等軟件技術(shù)迅速發(fā)展，硬件的進(jìn)步顯得尤為重要。基于這項發(fā)現(xiàn)，科學(xué)家可以開發(fā)出與軟件技術(shù)革新相匹配的新一代硬件。這將顯著促進(jìn)太空探索、化學(xué)研究、醫(yī)療保健等多個領(lǐng)域的進(jìn)步。

最初，該研究專注于石墨烯改性樣品的電導(dǎo)率。石墨烯是一種由單層碳原子構(gòu)成的材料。當(dāng)激光照射到石墨烯上時，會激發(fā)其中的電子并形成電流。由于石墨烯具有對稱的原子結(jié)構(gòu)，這些電流往往會相互抵消，致使檢測不到凈電流。但研究團(tuán)隊意外地發(fā)現(xiàn)，通過修改石墨烯樣品，他們能夠捕捉到電子幾乎瞬間穿過石墨烯的過程——這就是所謂的“隧穿”現(xiàn)象。

為了制造這種世界上最快的拍赫茲量子晶體管，研究團(tuán)隊使用了市售石墨烯光電晶體管，并在其基礎(chǔ)上引入了一層特殊的硅層。通過以638阿秒（1阿秒等于百億億分之一秒）的速率開關(guān)的激光，他們成功實現(xiàn)了這一創(chuàng)舉。

晶體管作為現(xiàn)代電子學(xué)的核心組件，控制著兩點之間的電流，是電子設(shè)備的基礎(chǔ)。這種新型晶體管能夠在日常環(huán)境條件下工作，為未來的商業(yè)化應(yīng)用和電子產(chǎn)品研發(fā)開辟了新的可能性。

這一成就不僅展示了未來計算機(jī)處理速度的巨大潛力，也為信息技術(shù)的發(fā)展帶來了新的希望。

【總編輯圈點】

這是計算機(jī)硬件技術(shù)的重大突破。該技術(shù)一旦成熟并實現(xiàn)工程化，將影響AI、大數(shù)據(jù)處理、科學(xué)模擬等對算力高度依賴的領(lǐng)域。例如，在醫(yī)療領(lǐng)域，超高速計算可大幅提升基因分析和藥物設(shè)計效率；在航天與物理研究中，復(fù)雜模型的實時演算將成為可能。它為下一代信息技術(shù)的發(fā)展指明了方向，標(biāo)志著我們正踏上一條超高速、低能耗、量子增強(qiáng)的計算之路。