El primer fototransistor de velocidad de petahercios funciona en condiciones ambientales

Electrónica y sensores INSIDER

Mohammed Hassan (derecha), profesor asociado de física y ciencias ópticas, y Mohamed Sennary, un estudiante de posgrado que estudia óptica y física, sosteniendo el transistor comercial que utilizaron para desarrollar un transistor de velocidad de petahercios. (Imagen:Los investigadores)

¿Qué pasaría si pulsos de luz ultrarrápidos pudieran hacer funcionar computadoras a velocidades un millón de veces más rápidas que los mejores procesadores actuales? Un equipo de científicos, incluidos investigadores de la Universidad de Arizona, está trabajando para hacerlo posible.

En un esfuerzo internacional innovador, investigadores del Departamento de Física de la Facultad de Ciencias y de la Facultad de Ciencias Ópticas James C. Wyant han demostrado una forma de manipular electrones en el grafeno utilizando pulsos de luz que duran menos de una billonésima de segundo. Aprovechando un efecto cuántico conocido como túnel, registraron electrones que superaban una barrera física casi instantáneamente, una hazaña que redefine los límites potenciales del poder de procesamiento de una computadora.

Un estudio publicado en Nature Communications destaca cómo la técnica podría conducir a velocidades de procesamiento en el rango de los petahercios, más de 1.000 veces más rápidas que los chips de computadora modernos.

Enviar datos a esas velocidades revolucionaría la informática tal como la conocemos, dijo Mohammed Hassan, profesor asociado de física y ciencias ópticas. Hassan lleva mucho tiempo trabajando en la tecnología informática basada en la luz y anteriormente lideró esfuerzos para desarrollar el microscopio electrónico más rápido del mundo.

"Hemos experimentado un gran avance en el desarrollo de tecnologías como el software de inteligencia artificial, pero la velocidad del desarrollo del hardware no avanza tan rápido", dijo Hassan. "Pero, apoyándonos en el descubrimiento de las computadoras cuánticas, podemos desarrollar hardware que coincida con la revolución actual en el software de tecnología de la información. Las computadoras ultrarrápidas ayudarán enormemente en los descubrimientos en la investigación espacial, la química, la atención médica y más".

Hassan trabajó junto a sus colegas de la U of A, Nikolay Golubev, profesor asistente de física; Mohamed Sennary, estudiante de posgrado en óptica y física; Jalil Shah, investigador postdoctoral en física; y Mingrui Yuan, estudiante de posgrado en óptica. A ellos se unieron colegas del Laboratorio de Propulsión a Chorro del Instituto Tecnológico de California y de la Universidad Ludwig Maximilian de Munich en Alemania.

Inicialmente, el equipo estaba estudiando la conductividad eléctrica de muestras modificadas de grafeno, un material compuesto por una sola capa de átomos de carbono. Cuando un láser brilla sobre grafeno, la energía del láser excita los electrones del material, haciéndolos moverse y formar una corriente.

A veces, esas corrientes eléctricas se anulan entre sí. Hassan dijo que esto sucede porque la onda de energía del láser se mueve hacia arriba y hacia abajo, generando corrientes iguales y opuestas a ambos lados del grafeno. Debido a la estructura atómica simétrica del grafeno, estas corrientes se reflejan entre sí y se anulan entre sí, sin dejar ninguna corriente detectable.

Pero, ¿qué pasaría si un solo electrón pudiera atravesar el grafeno y su viaje pudiera capturarse y rastrearse en tiempo real? Ese "tunelización" casi instantáneo fue el resultado inesperado de que el equipo modificara diferentes muestras de grafeno.

"Eso es lo que más me gusta de la ciencia:el verdadero descubrimiento proviene de cosas que no esperas que sucedan", dijo Hassan. "Al entrar al laboratorio, siempre anticipas lo que sucederá, pero la verdadera belleza de la ciencia son las pequeñas cosas que suceden y que te llevan a investigar más a fondo. Una vez que nos dimos cuenta de que habíamos logrado este efecto túnel, tuvimos que descubrir más".

Utilizando un fototransistor de grafeno disponible comercialmente que fue modificado para introducir una capa de silicio especial, los investigadores utilizaron un láser que se apaga y enciende a una velocidad de 638 attosegundos para crear lo que Hassan llamó "el transistor cuántico de petahercios más rápido del mundo".

Un transistor es un dispositivo que actúa como un interruptor o amplificador electrónico que controla el flujo de electricidad entre dos puntos y es fundamental para el desarrollo de la electrónica moderna.

"Como referencia, un solo attosegundo es una quintillón de segundo", dijo Hassan. "Eso significa que este logro representa un gran avance en el desarrollo de tecnologías informáticas ultrarrápidas al crear un transistor de velocidad de petahercios".

Si bien algunos avances científicos se producen bajo condiciones estrictas, incluidas la temperatura y la presión, este nuevo transistor funcionó en condiciones ambientales, abriendo el camino a la comercialización y uso en la electrónica cotidiana.

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