科学家们确定了光电设备的最终极限速度

科学家们确定了光电设备的最终极限速度

研究人员表示,光电系统的速度极限为1皮赫兹(1pHz),相当于100万吉赫兹。如果速度再快,量子物理定律就会被打破。

事实上,许多技术障碍会使我们接近,但不会达到极限速度,也就是说,1皮赫兹是光电设备速度无法超过的极限。

这意味着理论上,微芯片的最快信号传输速度是1皮赫兹,比最先进的晶体管快10万倍。这对摩尔定律来说是个好消息,说明摩尔定律还有进步的空间。

科学家们确定了光电设备的最终极限速度

为了使计算机更快地处理信息,微电子工程师通常采用两种设计方法。一是使晶体管的体积尽可能小,晶体管之间的距离将变得非常短,从而减少在晶体管之间穿梭的电信号的时间。另一种方法是加速晶体管之间的开关信号。打开和关闭的切换频率越快越好。要做到这一点,电磁信号的频率必须越高,有时甚至切入光的频率。使用高频光来实现更快的数据传输也是一个挑战。当光照射到半导体材料上时,光子的能量将从价带(即电子通常停留的地方,这是固体中电子的绝对零度条件和最高能量区域。如果价带上的电子能量高于能量间隙,则电子会跳入传导带)刺激电子,从而暂时将材料的状态从绝缘体转变为导体。然而,在实际情况下,几乎不可能实现这种效果。

为了实验光电子设备的最终极限速度,科学家们使用了一种特殊的介电材料,称为氟化锂。它是目前所有已知材料中最大的带间隙(价格带与导带之间的距离)。氟化锂通过紫外线频率的超短激光脉冲,激光的高能地将氟化锂转化为电导体。通过分析激光脉冲的测量结果,科学家们可以计算出材料需要多长时间才能暴露在下一个信号中,即其最大的开关速度,即1皮赫兹。

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