Home Listicle Pengembangan Teknologi Elektronik dengan Kecepatan Cahaya, Sub-Femtosecond

Pengembangan Teknologi Elektronik dengan Kecepatan Cahaya, Sub-Femtosecond

48
0

Femtosecond (fs) adalah satuan waktu yang sama dengan 0,000 000 000 000 001 detik (atau 10 -15 detik, atau satu per kuadriliun detik ). Satu per kuadriliun = Satu per 1000 Triliun detik. Sub-femtosecond artinya lebih cepat dari femtosecond.

Sebuah tim peneliti Eropa termasuk fisikawan dari Universitas Konstanz telah menemukan cara mengangkut elektron pada waktu di bawah kisaran femtosecond dengan memanipulasi mereka dengan cahaya. Ini bisa memiliki implikasi besar bagi masa depan pemrosesan data dan komputasi.

Komponen elektronik kontemporer, yang secara tradisional didasarkan pada teknologi semikonduktor silikon, dapat dinyalakan atau dimatikan dalam picoseconds (yaitu 10 -12 detik). 

Ponsel dan komputer standar bekerja pada frekuensi maksimum beberapa gigahertz (1 GHz = 10 9 Hz) sementara masing-masing transistor dapat mendekati satu terahertz (1 THz = 10 12 Hz). 

Lebih lanjut meningkatkan kecepatan di mana perangkat switching elektronik dapat dibuka atau ditutup menggunakan teknologi standar telah terbukti menjadi tantangan. Serangkaian percobaan baru-baru ini – dilakukan di Universitas Konstanz dan dilaporkan dalam publikasi baru-baru ini di Nature Physics menyatakan bahwa elektron dapat diinduksi untuk bergerak pada kecepatan sub-femtosecond, yaitu lebih cepat dari 10 -15 detik, dengan memanipulasi mereka melalui gelombang cahaya yang disesuaikan .

Ilustrasi bagaimana elektron bisa dibayangkan bergerak di antara dua lengan nanoantenna logam, digerakkan oleh gelombang cahaya satu siklus. Kredit: Universitas Konstanz

“Ini mungkin masa depan elektronik,” kata Alfred Leitenstorfer, Profesor Ultrafast Phenomena and Photonics di University of Konstanz (Jerman) dan penulis pendamping penelitian ini. “Eksperimen kami dengan pulsa cahaya satu siklus telah membawa kami dengan baik ke kisaran attosecond dari transpor elektron.” 

Cahaya berosilasi pada frekuensi setidaknya seribu kali lebih tinggi daripada yang dicapai oleh sirkuit elektronik murni : Satu femtosecond sama dengan 10 -15 detik, yang merupakan bagian sepersejuta dari sepermiliar detik. Leitenstorfer dan timnya dari Departemen Fisika dan Pusat Foton Terapan (CAP) di Universitas Konstanz percaya bahwa masa depan elektronik terletak pada perangkat plasmonic dan optoelektronik terintegrasi yang beroperasi dalam rezim elektron tunggal di optik — daripada microwave —Frekuensi. “Namun, ini adalah penelitian yang sangat mendasar yang kita bicarakan di sini dan mungkin membutuhkan waktu puluhan tahun untuk diterapkan,” ia mengingatkan.

Sebuah pertanyaan tentang mengendalikan cahaya dan materi

Tantangan bagi tim internasional fisikawan teoritis dan eksperimental dari Universitas Konstanz, Universitas Luxembourg, CNRS-Université Paris Sud (Prancis) dan Pusat Fisika Material (CFM-CSIC) dan Donostia International Physics Center (DIPC) di San Sebastián (Spanyol) yang berkolaborasi dalam proyek ini adalah untuk mengembangkan set-up eksperimental untuk memanipulasi pulsa cahaya ultrashort pada skala femtosecond di bawah siklus osilasi tunggal di satu sisi, dan untuk membuat struktur nano yang cocok untuk pengukuran presisi tinggi dan manipulasi elektronik biaya di sisi lain. “Untungnya bagi kami, kami memiliki fasilitas kelas satu yang kami miliki di sini di Konstanz,” kata Leitenstorfer, yang timnya melakukan eksperimen. “Center for Applied Photonics adalah fasilitas terkemuka dunia untuk pengembangan teknologi laser ultrafast. Dan terima kasih kepada Pusat Penelitian Kolaboratif 767 Nanosystems Terkendali kami: Interaksi dan Antar Muka ke Macroscale, kami memiliki akses ke struktur nano yang terdefinisi dengan sangat baik yang dapat dibuat dan dikendalikan pada skala nanometer. “

Saklar elektron super cepat

Pengaturan eksperimental yang dikembangkan oleh tim Leitenstorfer dan penulis koordinasi Daniele Brida (sebelumnya pemimpin kelompok penelitian Emmy Noether di Universitas Konstanz, sekarang profesor di Universitas Luksemburg) melibatkan antena emas berskala nano serta laser ultrafast yang mampu memancarkan seratus juta pulsa cahaya siklus tunggal per detik untuk menghasilkan arus yang terukur. Desain bowtie dari antena optik memungkinkan untuk sub-panjang gelombang dan sub-siklus konsentrasi temporal dari medan listrik dari pulsa laser ke dalam celah dengan lebar enam nm (1 nm = 10 -9 meter).

Sebagai hasil dari karakter yang sangat nonlinier dari tunneling elektron dari logam dan percepatan pada celah di bidang optik, para peneliti dapat mengubah arus elektronik dengan kecepatan sekitar 600 attoseconds (yaitu kurang dari satu femtosecond , 1 sebagai = 10 -18 detik). “Proses ini hanya terjadi pada skala waktu kurang dari setengah periode osilasi medan listrik dari pulsa cahaya,” jelas Leitenstorfer — pengamatan bahwa mitra proyek di Paris dan San Sebastián dapat mengonfirmasi dan memetakan secara rinci dengan cara perlakuan tergantung waktu dari struktur kuantum elektronik digabungkan ke bidang cahaya.

Studi ini membuka peluang yang sama sekali baru untuk memahami bagaimana cahaya berinteraksi dengan materi terkondensasi, memungkinkan pengamatan fenomena kuantum pada skala temporal dan spasial yang belum pernah terjadi sebelumnya. Membangun pada pendekatan baru untuk dinamika elektron yang didorong pada skala nano oleh bidang optik yang diberikan studi ini, para peneliti akan melanjutkan untuk menyelidiki transpor elektron pada skala waktu dan panjang atom dalam perangkat solid-state yang lebih canggih dengan dimensi picometre.

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here