Elektronikkens øvre grænse: En petahertz

En ultrakort laserpuls (blå) skaber frie ladningsbærerer (elektroner og huller). En anden laserpuls (rød) accelerer dem i modsatte retninger. Illustration: TU Wien

Elektronikkomponenter og chips bliver hurtigere og hurtigere og øger dermed regnekraften i computere. Men kvanteeffekter sætter en teoretisk øvre grænse for, hvor hurtige elektronikkomponenter kan blive, og den er nu fundet af en forskergruppe fra Tyskland og Østrig.

I en artikel i Nature Communications beretter de, at grænsen for switching - altså hvor hurtig man skifte en tilstand i en elektronisk komponent - går ved en petahertz.

Nogle af de samme forskere har, som vi har beskrevet tidligere set på, hvor hurtigt det er muligt at slå elektroner ud af atomer, og disse målinger antydede, at det principielt ville være muligt at lave petahertz-elektronik.

I den nye artikel undersøger de mere specifikt, hvordan de med en ultrakort laserpuls kan overføre energi til elektroner i halvledermaterialer lithiumfluorid, og elektronerne dermed kan overføres fra valensbåndet til ledningsbåndet i halvledermaterialet - hvorved materialet skifter fra at være en isolator til at være elektrisk ledende.

For at opnå en høj switchinghastighed skal de bruge en meget kort laserpuls i UV-området.

Kvanteforstyrrelsen

Det er en konsekvens af Heisenbergs usikkerhedsrelation, at en kort puls ikke har en veldefineret energi.

Det betyder, at de frie elektroner, som opstår, får lidt forskellig energi. Det har som afledt konsekvens, at man ikke kan kontrollere dem meget præcist, og man derved får et forvrænget signal.

Joachim Burgdörfer fra Technische Universität Wien, som har været med til at lave de teoretiske beregninger forklarer, at eksperimenterne dermed viser, at en petahertz er den øvre teoretiske grænse for optoelektroniske processer.

Naturen har altså sat en øvre grænse, som man ikke kan overskride. Der er stadig lang vej til denne grænse, som nok heller ikke kan opnås i praksis. Så der er stadig meget man kan forbedre inden for de fundamentale rammer, som naturen sætter. Men en øvre grænse for det opnåelige er der altså.

Emner : Chip
sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Der er stadig lang vej til denne grænse, som nok heller ikke kan opnås i praksis.

Ligesom man heller ikke kan nå 100% med konventionel elektronik (chips) - og gøre noget fornuftigt med den - ret lang tid ad gangen.

Så der er stadig meget man kan forbedre inden for de fundamentale rammer, som naturen sætter.

Men det kunne være sjovt, hvis man bare kunne re-linke med en opdateret chrono-fil (ur).

  • 0
  • 0

Spørgsmålet er, hvor langt det er interessant at gå i den retning. Begrænsningen knytter sig til Heisenbergs relation, som normalt udtrykkes i moment * position, men som også kan udtrykkes i energi * tid. Så når tiden for en bit-operation bliver kortere, kræver det større energi for at resultatet kan aflæses præcist.

Den vej, man allerede går i dag, er nok så meget at øge antallet af processorer, og anvende flere "cores" i parallelle processer.

Når der skrives at

en petahertz er den øvre teoretiske grænse for optoelektroniske processer

er det så med de optiske muligheder man har idag? Hvis man i stedet for lys kunne manipulere kortere bølgelængder med højere energi (røntgen/gamma kvanter), kunne det vel teoretisk gå endnu hurtigere.

  • 1
  • 0
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten