Primer fototransistor a velocidad petahercio funciona en condiciones ambientales

Electrónica y Sensores INSIDER

Mohammed Hassan (derecha), profesor asociado de física y ciencias ópticas, y Mohamed Sennary, estudiante graduado de óptica y física, sostienen el transistor comercial usado para desarrollar transistor a velocidad petahercio. (Imagen: Los investigadores)

¿Y si pulsos ultrafinos de luz operaran computadoras a velocidades un millón de veces más rápidas que mejores procesadores actuales? Equipo de científicos, incluyendo investigadores de Universidad de Arizona, trabaja para lograrlo.

Avance cuántico en grafeno

En esfuerzo internacional innovador, investigadores del Departamento de Física en Facultad de Ciencias y Facultad de Ciencias Ópticas James C. Wyant demostraron forma de manipular electrones en grafeno usando pulsos de luz que duran menos de un billonésimo de segundo. Aprovechando efecto cuántico conocido como tunelización, registraron electrones sorteando barrera física casi instantáneamente, hazaña que redefine límites potenciales de potencia de procesamiento computacional.

Estudio publicado en Nature Communications destaca cómo técnica podría llevar a velocidades de procesamiento en rango petahercio —más de 1.000 veces más rápido que chips modernos.

Enviar datos a esas velocidades revolucionaría computación, dice Mohammed Hassan. Hassan lleva tiempo persiguiendo tecnología computacional basada en luz y previamente lideró esfuerzos para desarrollar microscopio electrónico más rápido del mundo.

«Hemos experimentado enorme salto en desarrollo de tecnologías como software IA, pero velocidad de desarrollo de hardware no avanza tan rápido. Apoyándonos en descubrimiento de computadoras cuánticas, podemos desarrollar hardware que iguale revolución actual en software TI. Computadoras ultrafrápidas ayudarán descubrimientos en investigación espacial, química, salud, y más».

Equipo y descubrimiento inesperado

Hassan trabajó con colegas U of A: Nikolay Golubev (profesor asistente física), Mohamed Sennary (graduado óptica/física), Jalil Shah (postdoc física), Mingrui Yuan (graduado óptica). Se unieron colegas de Laboratorio de Propulsión a Chorro de Caltech y Universidad Ludwig Maximilian de Múnich.

Equipo estudiaba conductividad eléctrica de muestras modificadas de grafeno (capa única de átomos de carbono). Cuando láser incide en grafeno, energía excita electrones, haciéndolos mover y formar corriente.

A veces, esas corrientes eléctricas se anulan. Hassan dice que pasa porque onda de energía del láser sube y baja, generando corrientes iguales y opuestas a cada lado del grafeno. Por estructura atómica simétrica, estas corrientes se reflejan y anulan, sin corriente detectable.

¿Y si un solo electrón pudiera deslizarse a través del grafeno, y su viaje capturarse y rastrearse en tiempo real? Esa tunelización casi instantánea fue resultado inesperado al modificar diferentes muestras de grafeno.

«Eso es lo que más me gusta de la ciencia: el verdadero descubrimiento viene de cosas que no esperas», dice Hassan. «Entrando al lab, siempre anticipas qué pasará —pero la belleza real son las pequeñas cosas que pasan y te llevan a investigar más. Una vez nos dimos cuenta que lográbamos este efecto túnel, tuvimos que averiguar más».

Transistor petahercio más rápido del mundo

Usando fototransistor de grafeno comercial modificado para introducir capa especial de silicio, investigadores usaron láser que se apaga/enciende a 638 attosegundos para crear lo que Hassan llama «el transistor cuántico petahercio más rápido del mundo».

Un transistor es dispositivo que actúa como interruptor o amplificador electrónico controlando flujo de electricidad entre dos puntos, fundamental para electrónica moderna.

«Para referencia, un attosegundo es una quintillonésima de segundo», dice Hassan. «Esto representa gran salto en desarrollo de tecnologías computacionales ultrafrápidas al realizar transistor a velocidad petahercio».

Mientras algunos avances ocurren bajo condiciones estrictas (temperatura, presión), este nuevo transistor funcionó en condiciones ambientales —abriendo camino a comercialización y uso en electrónica cotidiana.

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