스위칭을 위해 빛과 단일 광자를 사용하는 광 트랜지스터로의 전환은 전력 소비를 증가시키지 않으면서 프로세서의 속도를 천 배 향상시킬 것을 약속합니다. 오늘날 과학자들은 그러한 트랜지스터의 작동을 위한 최적의 조건을 찾고 있습니다. Skoltech와 IBM의 과학자들은 이 경로를 따라 꽤 멀리 나아갔고 그들은 광 스위치의 상태를 전환하기 위한 물리학과 기술을 제안했습니다.
그 자체로 광자는 서로 및 물질과 무시할 정도로 약하게 상호 작용합니다. 광자가 트랜지스터의 상태를 전환하기 위해서는 광자와의 상호 작용이 강한 환경을 조성하는 것이 필요합니다. Skoltech와 IBM의 연구원들은 이 목표를 수년간 추구해 왔으며 상당한 결과를 얻었습니다. 중간 결과는 평범해 보였지만 오늘날 그들은 미래의 광 트랜지스터가 어떻게 생겼는지에 대한 아이디어를 형성하는 데 도움이 되었습니다.
광학 트랜지스터의 새로운 구조는 고분자 광학 공진기를 중심으로 제작되었으며, 양면이 높은 반사 특성을 지닌 무기 재료로 고정되어 있습니다. 구조는 제어 및 펌프의 두 가지 레이저 빔으로 제어됩니다. 파일럿 빔은 최대 1개의 소수의 광자를 처리할 수 있어 궁극적인 에너지 효율성의 기반이 됩니다(단일 광자보다 더 경제적일 수 있는 것은 무엇입니까?). 제어 빔의 임무는 펌프 빔을 시작하기 전에 공진기의 조건을 준비하는 것이며, 펌프 빔은 차례로 트랜지스터를 상태 0 또는 1로 전환합니다.
더 강한 펌프 빔은 공진기에서 소위 엑시톤 폴라리톤을 여기시킵니다. 즉, 매우 짧은 수명으로 빛과 물질의 하이브리드 상태입니다. 이들은 광자와 다른 준 입자 - 여기자의 상호 작용에 의해 형성된 준 입자입니다. 반면에 여기자는 매질에서 전자 여기, 특히 전자와 정공의 일반적인 결합 쌍으로 표시됩니다. 광자와 엑시톤의 복합 준입자를 엑시톤-폴라리톤이라고 합니다. 공진기의 구조에 테스트 빔을 발사하면 다소간의 여기자-폴라리톤이 제공됩니다. 이러한 복합 준입자가 더 많으면 트랜지스터가 상태 1로, 더 적으면 0으로 전환됩니다.
공식 보도 자료에서 프로세스에 대해 조금 더 읽을 수 있습니다. 이 작업에 대한 기사는 네이처(Nature) 저널에 게재되었습니다. 장기적으로 이 작업은 오늘날보다 100배에서 1000배 빠른 스위칭 속도를 가진 트랜지스터가 있는 광 프로세서의 출현으로 이어질 수 있습니다. 이 경우 열 발생 수준은 상온에서 작동할 때 냉각 시스템이 전혀 필요하지 않은 미미한 값으로 감소합니다.
2021-09-24 13:06:16
작가: Vitalii Babkin