Российские и южнокорейские ученые объединили усилия для создания «наноэкситонного транзистора», преодолевающего существующие ограничения в этой области.
У существующих транзисторов, компоненты, применяемые для усиления, генерации, коммутации и преобразования электрических сигналов, имеют существенное ограничение: в ходе эксплуатации они рассеивают энергию в виде тепла, что снижает скорость передачи сигнала. Но международная команда ученых из Университета ИТМО (Россия) и Пхоханского университета науки и технологий (Южной Корее посчастливилось преодолеть это ограничение благодаря разработке «наноэкситонного транзистора», основанного на внутрислойных и межслойных экситонов в гетероструктурных полупроводниках. Он позволит сверхбыстро передавать сигнал при минимуме теплопотерь.
Экситоны – квазичастицы, определяющие свечение полупроводников, критически важны для создания светоизлучающих устройств нового поколения. Эти устройства будут генерировать меньше тепла и смогут служить источниками света в квантовых информационных технологиях. В полупроводниковой гетероструктуре, состоящей из двух различных полупроводниковых слоев, наблюдаются два вида экситонов: внутрислойные экситоны, имеющие горизонтальную ориентацию, и межслойные экситоны с вертикальной ориентацией.
Яркость, продолжительность и время существования оптических сигналов, генерируемых двумя видами экситонов, отличаются когерентности. Это указывает на то, что возможность индивидуального контроля над двумя оптическими сигналами позволит создать двухбитный транзистор на экситонах. Вместе с тем, управление внутрислойными и межслойными экситонами в наноразмерных областях представляет собой сложную задачу, поскольку этому препятствуют неоднородности полупроводниковых гетероструктур, низкая световая эффективность межслойных экситонов и дифракционный предел света.
Ранее исследователи разработали методику управления экситонами на наноуровне. Теперь, впервые в мире, им удалось удаленно регулировать плотность и эффективность свечения экситонов. Ключевым достоинством этой технологии, объединяющей фотонный нанорезонатор и пространственный модулятор света, является возможность обратимого воздействия на экситоны с минимальным воздействием на полупроводниковый материал. Помимо этого, наноэкситонный транзистор, использующий световые потоки, способен обрабатывать колоссальные объемы информации со скоростью света, что позволяет существенно сократить тепловые потери.
В связи с возрастающей значимостью искусственного интеллекта и необходимостью обработки, обучения и анализа больших данных, авторы исследования возлагают надежды на наноэкситонный транзистор, опубликованного в журнале ACS Nano, именно эта технология сыграет значительную роль в развитии компьютерных технологий будущего.