Чжаохань Цзян, аспірант кафедри електротехніки та обчислювальної техніки, та Маттіас Флоріан, науковий співробітник кафедри електротехніки та обчислювальної техніки, готуються до лазерного експерименту у лабораторії екситоніки та фотоніки (ExP). (Фото: Бренда Ахерн/Мічиганський університет, Коледж інженерії, комунікацій та маркетингу)
Дослідники розробили революційну технологію, яка усуває фундаментальне обмеження в електроніці.
Ця нова технологія, що отримала назву «оптоекситонний перемикач», може призвести до появи нового класу електроніки – від телефонів та ПК до центрів обробки даних та квантових комп'ютерів, які зможуть працювати без тепла.
Новий перемикач працює як звичайний електронний перемикач, який використовує електричний заряд управління потоком електронів у системі. Перемикачі направляють потік енергії або керують передачею сигналів у пристрої.
Вам може сподобатися
-
Квантові матеріали зі «прихованим металевим станом» можуть зробити електроніку в 1000 разів швидше
-
Новий світловий комп'ютер Microsoft створений на основі 80-річної технології – він може зробити ІІ в 100 разів ефективнішим.
-
Вчені вперше використовують квантове машинне навчання для створення напівпровідників, і це може змінити спосіб виробництва чіпів.
Оскільки ці електрони заряджені, вони виділяють тепло, що «відходить». Саме тому ваш ноутбук нагрівається, коли ви граєте у вимогливу відеогру, і чому великі центри обробки даних працюють за надзвичайно високих температур.
З іншого боку, нові «екситонні перемикачі» ґрунтуються на нейтрально заряджених «екситонах» — класі квазічастинок, які створюються шляхом «збудження» електрона таким чином, що він переміщається зі свого положення всередині атома.
Ці збуджені електрони залишають після себе дірку, що зв'язується з вільним електроном. Водночас вільно рухається електрон, що має тепер негативний заряд, і залишена ним дірка, що має позитивний заряд, утворюють єдину квазічастку, яка називається «екситоном», яка зберігає нейтральний заряд. Оскільки ексітони мають нейтральний заряд, вони не виділяють тепла під час передачі інформації.
Сила світла
Проривне дослідження, опубліковане 31 серпня в журналі ACS Nano, є першим випадком використання екситонів для створення перемикача, що перевершує за продуктивністю існуючі фотонні перемикачі і досягає загалом найсучасніших характеристик.
“Електроніка нагрівається, тому що в електронних пристроях завжди є конденсатори”, – розповів в інтерв'ю Live Science співавтор дослідження Параг Деоторе, доцент кафедри електротехніки, комп'ютерної інженерії та прикладної фізики. «Щоразу, коли ви накопичуєте або вивільняєте енергію, вона нагрівається. Ексітон — це нова нейтральна зарядом частка, така як фотон, яка не виділяє тепла».
Новий пристрій використовує ексітони для вирішення проблеми нагрівання та покращує електронну конструкцію, зменшуючи перемикачі, що використовуються для передачі інформації, на два порядки.
Деоторе заявив, що довгостроковою метою розробки цих нових перемикачів є створення екситонних ланцюгів, які функціонуватимуть настільки ефективно, що комп'ютерним системам не знадобляться вентилятори, а телефони зможуть зберігати свої батареї зарядженими протягом більш тривалого часу.
Тестування «чарівної товщини»
Хоча теорія, що лежить в основі екситонних перемикачів, переконлива, розробка та тестування нової технології стали для команди найскладнішим завданням. У звичайній електронній системі електрони переміщуються туди, куди їм потрібно за допомогою грубої сили електричного заряду. Ексітони позбавлені такої можливості через нейтральний заряд.
Щоб змусити ексітони рухатися туди, куди їм потрібно, вчені використовували однаково нейтрально заряджені фотони, щоб упорядкувати ексітони в лінійний масив уздовж одномірної площини або «хребта».
Команда створила ексітони, а потім вплинула на них певною кількістю фотонів, які поглиналися на вершині гребеня, створюючи популяцію екситонів, пояснив Деоторе. Іншими словами, це скупчення екситонів, що згруповані і нерухомо стоять внизу прямої лінії. Потім команда додавала більше фотонів, допоки ексітони не починали рухатися. Якщо додавали надто багато фотонів, ексітони не могли слідувати за гребенем; надто мало фотонів змушувало ексітони залишатися нерухомими.
«Ми припускали, що якщо виростити їх досить товстими, то взаємодія світла з екситонами буде настільки сильною, що поштовх буде зруйнований. І вони змогли це продемонструвати. Так що, по суті, вони мали мати магічну товщину», — розповів Live Science співавтор дослідження Маккілло Кіра, професор електротехніки та обчислювальної техніки та співдиректор Інституту квантових досліджень університету.
Оскільки світло діє як хвиля, фотони «виштовхнули» ексітони, щойно було досягнуто цієї магічної товщини. Спостереження за цією активністю підтвердило теорії та довело успішність експерименту, додала Кіра. “Насправді, це легко перевірити експериментально, оскільки колір ексітону змінюватиметься в міру просування вздовж гребеня”, – сказала Кіра.
За результатами експерименту комутатор відповідає чи перевершує можливості сучасних технологій.
ЗВ'ЯЗАНІ ІСТОРІЇ
— Нещодавно виявлений квантовий стан може стати основою більш стабільних квантових комп'ютерів, і новий 2D-чіп може використовувати його.
-Квантовий «чудо-матеріал» може зберігати інформацію в одному вимірі завдяки нещодавно виявленому магнітному перемиканню.
– Вчені вперше спостерігають рух одного електрона під час хімічної реакції.
Кінцева мета — масштабувати ці перемикачі до рівня схем, які мають замінити існуючу електроніку. За словами дослідників, для досягнення цієї мети необхідно кілька вдосконалень, включаючи пошук нових матеріалів та розробку методів виготовлення та масштабування прототипів пристроїв, що використовуються в експериментах групи. Проте, група вважає, що ці проблеми можна вирішити за кілька десятиліть.
Вчені сподіваються, що оптоекситонні перемикачі та схеми зможуть подолати проблему теплових втрат — мабуть найбільшу проблему в обчислювальній техніці. Це дозволить значно зменшити розміри пристроїв та одночасно експоненційно підвищити їхню продуктивність, заявили вони.
Трістан Грін
Трістан — американський журналіст, який пише про науку та технології. Він висвітлює теми штучного інтелекту (ІІ), теоретичної фізики та передових технологій.
Його роботи публікувалися у багатьох виданнях, включаючи Mother Jones, The Stack, The Next Web та Undark Magazine.
До журналістики Трістан 10 років прослужив у ВМС США програмістом та інженером. У вільний від письменства час він любить грати у відеоігри з дружиною та вивчати військову історію.
Перед коментуванням необхідно підтвердити своє публічно відображене ім'я.
Будь ласка, вийдіть із системи та увійдіть знову. Потім вам буде запропоновано ввести ім'я, що відображається.
Вийти Читати далі
Квантові матеріали зі «прихованим металевим станом» можуть зробити електроніку в 1000 разів швидше
Новий світловий комп'ютер Microsoft створений на основі 80-річної технології – він може зробити ІІ в 100 разів ефективнішим.
Вчені вперше використовують квантове машинне навчання для створення напівпровідників, і це може змінити спосіб виробництва чіпів.
Вчені кажуть, що в майбутньому очікується прорив у галузі створення невеликих квантових комп'ютерів, які працюють при кімнатній температурі та використовують світло.
Мільйони кубитів на одному квантовому процесорі тепер можливі після кріогенного прориву
Проривний квантовий комп'ютер може вирішувати завдання у 200 разів швидше за суперкомп'ютер.
Останні новини електроніки
Оброблений лазером «чорний метал» може зробити сонячні технології в 15 разів ефективнішим.
Квантові матеріали зі «прихованим металевим станом» можуть зробити електроніку в 1000 разів швидше
Нова друкована плата з рідким металом здатна витримувати серйозні пошкодження та відновлюватись самостійно.
Вчені винайшли дивні, що змінюють форму «електронне чорнило», яке може стати основою для створення нового покоління гнучких гаджетів.
Китайський “2D”-чіп незабаром може бути використаний для виробництва чіпів без використання кремнію.
Що таке закон Мура?
Останні новини
Прорив в електроніці означає, що одного разу наші пристрої перестануть виділяти тепло, кажуть вчені
«Неймовірно захоплююче»: NASA стверджує, що знайшло «найявнішу ознаку» існування життя на Марсі в минулому
Вчені виявили, що дитинчата птерозаврів загинули під час сильного юрського шторму 150 мільйонів років тому
За оцінками дослідження, лісові пожежі в Канаді в 2023 році спричинили 87 000 передчасних смертей по всьому світу.
Давня ДНК мексиканських мамонтів розкриває несподівані та незрозумілі генетичні таємниці
Підтверджено! Злиття чорних дірок підтверджує правильність теорії Стівена Хокінга.
ОСТАННІ СТАТТІ
1«Неймовірно захоплююче»: NASA стверджує, що знайшло «найявнішу ознаку» існування життя на Марсі в минулому
Журнал Live Science входить до складу Future US Inc., міжнародної медіагрупи та провідного цифрового видавця. Завітайте на наш корпоративний сайт.
- Про нас
- передзвоніть експертам Future
- Умови та положення
- Політика конфіденційності
- Політика використання файлів cookie
- Заява про доступність
- Рекламуйте у нас
- Веб-сповіщення
- Кар'єра
- Редакційні стандарти
- Як уявити нам історію
© Future US, Inc. Повний 7 поверх, 130 West 42nd Street, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк 10036.
var dfp_config = { “site_platform”: “vanilla”, “keywords”: “type-news-analysis,serversidehawk,videoarticle,van-enable-adviser-
Sourse: www.livescience.com
