Új áramkör gyorsítja a számítógépet

A Kaliforniai Egyetem San Diego-i campusának fizikusai sikeresen megalkották a mínusz 148 Celsius-fokon is működésképes exciton integrált áramkört (EXIC), melynek segítségével a mainál nagyságrendekkel gyorsabb számítógépeket építhetünk: az új műszaki rendszer ugyanis közvetlenül képes kapcsolni a fényt anélkül, hogy azt először elektronikus jellé alakítaná.

Félvezető és fény

A transzformációhoz használt exciton egy adott anyaghoz kapcsolódó állapot vagy tulajdonság ábrázolásában és leírásában használatos kvázirészecske – egyfajta tudományos segédeszköz –, melyet egy negatív elektromos töltésű elektron és egy pozitív elektromos töltésű lyuk (elektron-lyuk pár) alkot.

Az exciton létrehozásához nem kell szigorú laboratóriumi körülményeket elképzelni, pusztán egy félvezetőre és fényre van szükségünk.

A folyamat egyszerűsítve a következő: egy félvezető lapkát, például a LED-ek vagy napelemek gyártásában használatos gallium-arzenidet megvilágítunk, mire a félvezető fotont nyel el. Ezzel máris kialakul az elektron-lyuk pár, mely rövidesen újraegyesül, elbomlik, energiáját pedig fényvillanásként adja le.

Két dolgot kell feltétlenül kiemelni az exciton keltésével és végzetével kapcsolatban: először is, mielőtt a kvázirészecske visszaalakulna fénnyé, vezérelhetjük a félvezető csipen belül rákapcsolt feszültséggel.

A legfontosabb azonban az EXIC-alapú műszaki rendszerek hatékonysága és gyorsasága – látható, hogy excitonok egyszerre viselkednek fotonként és elektronként, így a fényből átalakított kvázirészecske segítségével magával a fénnyel végezhetünk logikai műveleteket, nincs szükségünk a fény elektronimpulzussá történő átalakítására.

Langyos időben

A múlt nyáron már sikerült megépíteni az első működőképes EXIC-áramkört, azonban a kutatók csupán mínusz 271 Celsius-fokon, kevéssel az abszolút nulla hőmérséklet felett tudták üzembe helyezni a rendszert. A mostani kísérlet azonban bebizonyította, hogy az exciton-alapú adatfeldolgozáshoz lényegesen magasabb, mínusz 148 fokos hőmérsékleti viszonyok is elegendőek, melyet könnyedén produkálhatunk akár folyékony nitrogénes hűtéssel is, vagyis a költségek lényegesen csökkentek.

Leonid Butov, a kísérleteket vezető fizikusprofesszor szerint a jövő exciton-alapú rendszerei kiválthatják a hagyományos elektronikai eszközöket. Habár még csupán a kutatások korai fázisában álnak, a tudósok máris azon fáradoznak, hogy a berendezés szobahőmérsékleten is működőképessé váljon.