Європейська група дослідників знайшла спосіб транспортувати електрони в моменти часу нижче фемтосекундного діапазону, маніпулюючи ними за допомогою світла. Це може мати серйозні наслідки для майбутнього обробки даних і обчислень.
Сучасні електронні компоненти, які традиційно засновані на кремнієвій напівпровідниковій технології, можуть бути включені або вимкнені протягом пікосекунд (тобто 10-12 секунд).
Стандартні мобільні телефони і комп'ютери працюють на максимальних частотах декількох гігагерц (1 ГГц = 109 Гц), тоді як окремі транзистори можуть наближатися до одного терагерця (1 ТГц = 1012 Гц).
Подальше збільшення швидкості, з якою електронні комутаційні пристрої можуть бути відкриті або закриті з використанням стандартної технології, з тих пір виявилося складним завданням. Недавня серія експериментів, проведених в Університеті Констанца і опублікованих в недавній публікації в журналі Nature Physics, показує, що електрони можна змусити рухатися зі швидкістю менше фемтосекунди, тобто швидше, ніж 10-15 секунд, маніпулюючи ними за допомогою спеціально підібраних світлових хвиль.
«Це цілком може бути майбутнім електроніки», - говорить Альфред Лейтенсторфер, професор з Університету Констанца (Німеччина) і співавтор дослідження. «Наші експерименти з одноцикловими світловими імпульсами вивели нас далеко за межі аттосекундного діапазону перенесення електронів».
Світло коливається на частотах, що щонайменше в тисячу разів перевищують ті, які досягаються суто електронними схемами: одна фемтосекунда відповідає 10-15 секундам, що становить мільйонну частку мільярдної частки секунди.
Лейтенсторфер і його команда з Фізичного факультету і Центру прикладної фотоніки (ЦАП) Університету Констанца вважають, що майбутнє електроніки полягає в інтегрованих плазмонних і оптоелектронних пристроях, що працюють в одноелектронному режимі на оптичних, а не на мікрохвильових частотах. «Однак це дуже фундаментальне дослідження, про яке ми тут говоримо, і на його реалізацію можуть піти десятиліття», - попереджає він.
Надшвидкий електронний перемикач
Експериментальна установка, розроблена вченими, включала нанорозмірні золоті антени, а також надшвидкий лазер, здатний випромінювати сто мільйонів одноциклових світлових імпульсів в секунду для генерації вимірюваного струму.
Конструкція оптичної антени у вигляді метелика враховувала субволнову і субциклічну просторово-часову концентрацію електричного поля лазерного імпульсу в зазорі завширшки шість нм (1 нм = 10-9 метрів).
В результаті вельми нелінійного характеру тунелювання електронів з металу і прискорення в зазорі в оптичному полі дослідники змогли перемикати електронні струми зі швидкістю приблизно 600 аттосекунд (тобто менше однієї фемтосекунди, 1 при = 10-18 секунд).
Цей процес відбувається тільки в часових масштабах, що становлять менше половини періоду коливань електричного поля світлового імпульсу.
Дослідження відкриває абсолютно нові можливості для розуміння того, як світло взаємодіє з конденсованим середовищем, дозволяючи спостерігати квантові явища в безпрецедентних часових і просторових масштабах.
Спираючись на новий підхід до динаміки електронів, керований на нанорозмірному рівні оптичними полями, який дає це дослідження, вчені перейдуть до дослідження перенесення електронів в атомному масштабі часу і довжини в ще більш складних твердотельних пристроях з пікометричними розмірами.
