Premier phototransistor vitesse petahertz fonctionnant en conditions ambiantes

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Mohammed Hassan (droite), professeur associé physique et sciences optiques, et Mohamed Sennary, doctorant en optique et physique, tenant le transistor commercial utilisé pour développer transistor vitesse petahertz. (Image : Les chercheurs)

Et si impulsions lumineuses ultra-rapides opéraient ordinateurs 1M fois plus vite ?

Une équipe de scientifiques, dont chercheurs de l'Université d'Arizona, travaille à rendre cela possible.

Dans un effort international révolutionnaire, chercheurs du Département de Physique (College of Science) et James C. Wyant College of Optical Sciences ont démontré une façon de manipuler électrons dans graphène utilisant impulsions lumineuses durant moins d'un trillionième de seconde. En exploitant un effet quantique appelé tunneling, ils ont enregistré électrons franchissant barrière physique quasi instantanément, exploit redéfinissant limites potentielles de puissance calcul informatique.

Étude Nature Communications : vitesses petahertz

Une étude publiée dans Nature Communications souligne comment la technique pourrait mener à vitesses traitement gamme petahertz — plus de 1 000 fois plus vite que puces informatiques modernes.

L'envoi de données à ces vitesses révolutionnerait l'informatique telle qu'on la connaît, dit Mohammed Hassan. Hassan poursuit depuis longtemps technologie informatique basée lumière et a précédemment mené efforts pour développer microscope électronique le plus rapide au monde.

« Nous avons connu énorme bond en avant dans développement technologies comme logiciels IA, mais vitesse développement hardware ne bouge pas aussi vite », dit Hassan. « Mais, en s'appuyant sur découverte ordinateurs quantiques, nous pouvons développer hardware qui correspond à la révolution actuelle en logiciels IT. Ordinateurs ultra-rapides assisteront grandement découvertes recherche spatiale, chimie, santé, et plus. »

Équipe et découverte fortuite

Hassan a travaillé avec collègues U of A : Nikolay Golubev (professeur assistant physique), Mohamed Sennary (doctorant optique/physique), Jalil Shah (postdoc physique), Mingrui Yuan (doctorant optique). Rejoints par collègues Caltech Jet Propulsion Laboratory et Ludwig Maximilian University Munich.

L'équipe étudiait à l'origine conductivité électrique échantillons graphène modifiés. Quand laser brille sur graphène, énergie laser excite électrons, les faisant bouger et former courant.

Parfois, ces courants s'annulent. Hassan explique : onde énergie laser monte/descend, générant courants égaux opposés de chaque côté graphène. Structure atomique symétrique du graphène fait que ces courants se mirent et s'annulent, ne laissant aucun courant détectable.

Mais qu'advient-il si un seul électron pouvait glisser à travers graphène, et son voyage capturé/suivi temps réel ? Ce tunneling quasi-instantané fut résultat inattendu de modification différents échantillons graphène.

« C'est ce que j'aime le plus en science : la vraie découverte vient de choses qu'on ne s'attend pas à voir », dit Hassan. « En entrant au labo, vous anticipez toujours ce qui va arriver — mais la vraie beauté de la science est les petites choses qui arrivent et mènent à investiguer plus loin. Une fois qu'on a réalisé qu'on avait atteint cet effet tunneling, il a fallu en savoir plus. »

Transistor quantique petahertz le plus rapide au monde

En utilisant un phototransistor graphène commercial modifié pour introduire couche silicium spéciale, chercheurs ont utilisé laser commutant on/off à taux 638 attosecondes pour créer ce qu'Hassan appelle « le transistor quantique petahertz le plus rapide au monde ».

Un transistor est dispositif agissant comme interrupteur ou amplificateur électronique contrôlant flux électricité entre deux points, fondamental pour électronique moderne.

« Pour référence, une attoseconde = un quintillionième de seconde », dit Hassan. « Cela signifie que cette réalisation représente grand bond en avant dans développement technologies informatiques ultra-rapides en réalisant transistor vitesse petahertz. »

Fonctionnement conditions ambiantes = voie commercialisation

Alors que certaines avancées scientifiques nécessitent conditions strictes (température, pression), ce nouveau transistor fonctionne en conditions ambiantes — ouvrant voie à commercialisation et usage électronique quotidienne.

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