Sviluppato “transistor nano-eccitonico” utilizzando eccitoni intrastrato e interstrato in semiconduttori basati su eterostruttura, che risolve i limiti dei transistor esistenti
Il calcolo ottico con transistor ottici è emerso come una possibile soluzione ai carichi di lavoro computazionali in crescita esponenziale, tuttavia una modulazione nano-ottica su chip rimane una sfida a causa della natura intrinsecamente non interattiva dei fotoni oltre al limite di diffrazione.
Un team POSTECH del professor Kyoung-Duck Park (1) e la dottoressa Yeonjeong Koo (2) del Dipartimento di Fisica e un team della ITMO University in Russia guidato dal professor Vasily Kravtsov (3) ha sviluppato congiuntamente un “transistor nano-eccitonico” utilizzando eccitoni intrastrato e interstrato in semiconduttori basati su eterostruttura, che risolve i limiti dei transistor esistenti.
In un articolo, pubblicato su ACS Nano (4), si spiega che gli “eccitoni” sono responsabili dell'emissione di luce dei materiali semiconduttori e sono fondamentali per lo sviluppo di un elemento che emette luce di nuova generazione con una minore generazione di calore e una fonte di luce per la tecnologia dell'informazione quantistica grazie alla libera conversione tra luce e materiale nei loro stati elettricamente neutri. Esistono due tipi di eccitoni in un eterobistrato semiconduttore, che è una pila di due diversi monostrati semiconduttori: gli eccitoni intrastrato con direzione orizzontale e gli eccitoni interstrato con direzione verticale.
I segnali ottici emessi dai due eccitoni hanno luci, durate e tempi di coerenza differenti. Ciò significa che il controllo selettivo dei due segnali ottici potrebbe consentire lo sviluppo di un transistor ad eccitoni a due bit. Tuttavia, è stato difficile controllare gli eccitoni intra e interstrato in spazi su nanoscala a causa della non omogeneità delle eterostrutture dei semiconduttori e della bassa efficienza luminosa degli eccitoni interstrato oltre al limite di diffrazione della luce.
Il team nella sua ricerca precedente aveva proposto una tecnologia per il controllo degli eccitoni in spazi a livello nanometrico premendo materiali semiconduttori con una punta su scala nanometrica. Questa volta, per la prima volta in assoluto, i ricercatori sono stati in grado di controllare a distanza la densità e l'efficienza di luminanza degli eccitoni in base alla luce polarizzata sulla punta senza toccare direttamente gli eccitoni. Il vantaggio più significativo di questo metodo, che combina una nanocavità fotonica e un modulatore di luce spaziale, è che può controllare in modo reversibile gli eccitoni, riducendo al minimo i danni fisici al materiale semiconduttore. Inoltre, il transistor nano-eccitonico che utilizza la “luce” può aiutare a elaborare enormi quantità di dati alla velocità della luce, riducendo al minimo la perdita di energia termica.
L'intelligenza artificiale (AI) ha fatto breccia nelle nostre vite più rapidamente di quanto ci aspettassimo e richiede enormi volumi di dati per l'apprendimento al fine di fornire buone risposte che siano effettivamente utili per gli utenti. Il volume sempre crescente di informazioni dovrebbe essere raccolto ed elaborato poiché sempre più campi utilizzano l'IA. Questa ricerca dovrebbe proporre una nuova strategia di elaborazione dei dati adatta a un'era di esplosione dei dati.
Il dottor Yeonjeong Koo, uno dei co-primi autori del documento di ricerca, ha dichiarato: «Il transistor nano-eccitonico dovrebbe svolgere un ruolo fondamentale nella realizzazione di un computer ottico, che aiuterà a elaborare le enormi quantità di dati guidati dalla tecnologia AI».
La ricerca è stata supportata dalla Samsung Science and Technology Foundation e dalla National Research Foundation of Korea.
Riferimenti:
(1) Kyoung-Duck Park
(2) Yeonjeong Koo
(3) Vasily Kravtsov
(4) Nanocavity-Integrated van der Waals Heterobilayers for Nano-excitonic Transistor
Descrizione foto: Da sinistra Hyeongwoo Lee, Prof. Kyoung-Duck Park, Yeonjeong Koo - Credit: POSTECH.
Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Data can now be processed at the speed of light!