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"纳米激元晶体管"可以用光处理数据绕过晶体管的物理缺陷

时间：2023-04-19 18:20:20 来源：cnBeta

(资料图片仅供参考)

是什么让漫威电影中的角色蚁人能够从他小小的身体中产生如此强大的能量？答案可以在他衣服上的晶体管中找到，这些晶体管可以增强微弱的信号进行处理。放大电信号的传统晶体管往往会导致热能损失，减缓信号传输，影响性能。然而，如果有可能在不牺牲热能的情况下创造出一种既轻便又紧凑的高性能防护服呢？

由物理系的Kyoung-Duck Park教授和Yeonjeong Koo教授领导的POSTECH研究小组，与俄罗斯ITMO大学在Vasily Kravtsov教授指导下的一个小组合作开发了一个"纳米激元晶体管"。这种创新装置利用了基于异质结构的半导体中的层内和层间激子，解决了传统晶体管中存在的限制。

"激发子"负责半导体材料的光发射，由于其电中性状态下光和材料之间的自由转换，是开发下一代发热较少的发光元件和量子信息技术光源的关键。在半导体异质层中有两种激子，它是由两个不同的半导体单层堆叠而成的：水平方向的层内激子和垂直方向的层间激子。

两个激子发出的光学信号具有不同的光、持续时间和相干时间。这意味着对这两种光信号的选择性控制可以实现双比特激子晶体管的开发。然而，由于半导体异质结构的非均质性和层间激子的低发光效率，再加上光的衍射极限，在纳米级空间控制层内和层间激子是具有挑战性的。

李庆宇、朴京悳教授和顾妍贞资料来源：POSTECH

该团队在之前的研究中提出了通过用纳米级尖端压制半导体材料来控制纳米级空间的激子的技术。这一次，研究人员有史以来第一次能够在不直接接触激子的情况下，根据尖端的偏振光远程控制激子的密度和亮度效率。这种结合了光子纳米腔和空间光调制器的方法最显著的优点是，它可以可逆地控制激子，最大限度地减少对半导体材料的物理损害。而且，利用"光"的纳米激子晶体管可以帮助以光速处理大量数据，同时最大限度地减少热能损失。

人工智能（AI）进入我们生活的速度超过了我们的预期，它需要大量的数据进行学习，以提供对用户真正有帮助的好答案。随着越来越多的领域利用人工智能，不断增加的信息量应该被收集和处理。这项研究有望提出一个适合数据爆炸时代的新数据处理策略。研究论文的共同第一作者之一Yeonjeong Koo说："纳米超声晶体管有望在实现光学计算机方面发挥不可或缺的作用，这将有助于处理由人工智能技术驱动的海量数据。"

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