Чжаохань Цзян, докторант з електротехніки та комп'ютерної інженерії, та Маттіас Флоріан, науковий співробітник кафедри електротехніки та комп'ютерних наук, готуються до лазерного експерименту в лабораторії екситоніки та фотоніки (ExP). (Зображення: Бренда Ахерн/Мічиганський університет, Коледж інженерії, комунікацій та маркетингу)
Дослідники розробили проривну технологію, яка вирішує фундаментальне обмеження в електроніці.
Ця нова технологія, що отримала назву «оптоекситонний перемикач», може призвести до появи нового класу електроніки — від телефонів і ПК до центрів обробки даних і квантових комп'ютерів, які можуть працювати без виділення тепла.
Новий перемикач працює як звичайний електронний перемикач, який використовує електричний заряд для керування потоком електронів у системі. Перемикачі спрямовують потік енергії або контролюють передачу сигналів у пристрої.
Вам може сподобатися
-
Квантові матеріали з «прихованим металевим станом» можуть зробити електроніку в 1000 разів швидшою
-
Крихітний кріогенний пристрій скорочує теплові викиди квантових комп'ютерів у 10 000 разів — і його можуть запустити у 2026 році
-
Новий комп'ютер Microsoft на основі світла натхненний 80-річною технологією — він може зробити штучний інтелект у 100 разів ефективнішим
Оскільки ці електрони заряджені, вони виробляють «відпрацьоване тепло». Ось чому ваш ноутбук нагрівається, коли ви граєте у вимогливу відеогру, і чому величезні центри обробки даних працюють за надзвичайно високих температур.
З іншого боку, нові «екситонні перемикачі» спираються на нейтрально заряджені «екситони» — клас квазічастинок, що створюються шляхом «збудження» електрона таким чином, що він виводиться зі свого положення в атомі.
Ці збуджені електрони залишають після себе дірку, яка зв'язується з вільним електроном. Разом вільно рухомий електрон, який тепер має негативний заряд, і дірка, яку він залишає після себе і яка має позитивний заряд, утворюють єдину квазічастинку, яка називається «екситон», і залишається нейтрально зарядженою. Оскільки екситони мають нейтральний заряд, вони не виділяють тепло під час передачі інформації.
Сила світла
Проривне дослідження, опубліковане 31 серпня в журналі ACS Nano, є першим випадком використання екситонів для створення перемикача, який перевершує продуктивність сучасних фотонних перемикачів і досягає загалом найсучасніших характеристик.
«Електроніка нагрівається, і це тому, що електронні пристрої завжди мають конденсатори», – сказав Live Science співавтор дослідження Параг Деоторе, доцент кафедри електротехніки, комп’ютерної інженерії та прикладної фізики. «Щоразу, коли ви накопичуєте енергію або вивільняєте її, ви нагріваєте її. Екситон – це нова зарядово-нейтральна частинка, як-от фотон, яка не виробляє це тепло».
Новий пристрій використовує екситони для подолання проблеми нагрівання та покращує електронну конструкцію, зменшуючи на два порядки кількість перемикачів, що використовуються для переміщення інформації.
Деоторе сказав, що довгострокова мета розробки цих нових перемикачів полягає у створенні екситонних схем, які функціонуватимуть настільки ефективно, що комп'ютерним системам не знадобляться вентилятори, а телефони зможуть заряджати свої батареї набагато довше.
Вам може сподобатися
-
Квантові матеріали з «прихованим металевим станом» можуть зробити електроніку в 1000 разів швидшою
-
Крихітний кріогенний пристрій скорочує теплові викиди квантових комп'ютерів у 10 000 разів — і його можуть запустити у 2026 році
-
Новий комп'ютер Microsoft на основі світла натхненний 80-річною технологією — він може зробити штучний інтелект у 100 разів ефективнішим
Тестування «магічної товщини»
Хоча теорія екситонних перемикачів є обґрунтованою, розробка та тестування нової технології стали найбільшим викликом для команди. У звичайній електронній системі електрони переміщуються туди, куди їм потрібно, за допомогою сильного електричного заряду. Екситони не мають такої можливості через свій нейтральний заряд.
Щоб змусити екситони йти туди, куди їм потрібно, вчені використовували аналогічно нейтрально заряджені фотони, щоб упорядкувати екситони в лінійному масиві вздовж одновимірної площини — або «гребеня».
Команда створила екситони, а потім впливала на них певною кількістю фотонів, які поглиналися на вершині гребеня, створюючи екситонну популяцію, сказав Деоторе. Іншими словами, це натовп екситонів, зібраних разом і нерухомо стоячих внизу прямої лінії. Потім команда застосовувала більше фотонів, доки екситони не почали рухатися. Якщо вони додавали занадто багато фотонів, екситони не могли слідувати за гребенем; занадто мало фотонів призводило до того, що екситони залишалися нерухомими.
«Наше передбачення полягало в тому, що якщо виростити їх достатньо товстими, зв'язок світла з екситонами буде таким, що поштовх буде зруйнований. І вони змогли це продемонструвати. Тож, по суті, він мав мати магічну товщину», – розповів Live Science співавтор дослідження Макілло Кіра, професор електротехніки та комп'ютерної інженерії та співдиректор Інституту квантових досліджень університету.
Оскільки світло діє як хвиля, фотони «штовхнули» екситони, як тільки було досягнуто цієї магічної товщини. Спостереження за цією активністю підтвердило теорії та довело, що експеримент був успішним, додала Кіра. «Це насправді легко перевірити для експериментів, тому що колір екситона змінюватиметься, коли ви рухаєтесь вздовж гребеня», – сказала Кіра.
Виходячи з результатів експерименту, комутатор вже відповідає або перевищує можливості сучасних технологій.
ПОВ'ЯЗАНІ ІСТОРІЇ
— Нещодавно відкритий квантовий стан може живити стабільніші квантові комп'ютери, а новий 2D-чіп може його використовувати
—Квантовий «чудодійний матеріал» може зберігати інформацію в одному вимірі завдяки нещодавно відкритому магнітному перемиканню
— Вчені вперше спостерігають рух одного електрона під час хімічної реакції
Кінцева мета полягає в масштабуванні цих перемикачів у схеми, які нібито замінять сучасну електроніку. За словами дослідників, для досягнення цієї мети необхідно досягти кількох успіхів, зокрема знайти нові матеріали та розробити методи виготовлення та масштабування прототипів пристроїв, що використовуються в експериментах команди. Але команда вважає, що ці проблеми можна подолати протягом кількох десятиліть.
Вчені сподіваються, що оптоекситонні перемикачі та схеми зможуть подолати втрачене тепло — можливо, найбільшу проблему в обчислювальній техніці. Це дозволить значно зменшити розміри разом з експоненціальним покращенням продуктивності, кажуть вчені.
Трістан Грін
Трістан — журналіст, що спеціалізується на науці та технологіях, що мешкає в США. Він висвітлює теми штучного інтелекту (ШІ), теоретичної фізики та передових технологій.
Його роботи були опубліковані в численних виданнях, включаючи Mother Jones, The Stack, The Next Web та Undark Magazine.
До журналістики Трістан 10 років служив у ВМС США програмістом та інженером. Коли він не пише, він любить грати в ігри з дружиною та вивчати військову історію.
Ви повинні підтвердити своє публічне ім'я, перш ніж коментувати
Будь ласка, вийдіть із системи, а потім увійдіть знову. Після цього вам буде запропоновано ввести своє ім'я для відображення.
Вийти Читати далі
Квантові матеріали з «прихованим металевим станом» можуть зробити електроніку в 1000 разів швидшою
Крихітний кріогенний пристрій скорочує теплові викиди квантових комп'ютерів у 10 000 разів — і його можуть запустити у 2026 році
Новий комп'ютер Microsoft на основі світла натхненний 80-річною технологією — він може зробити штучний інтелект у 100 разів ефективнішим
Вчені вперше використовують квантове машинне навчання для створення напівпровідників – і це може змінити спосіб виготовлення чіпів
Вчені кажуть, що невеликі квантові комп'ютери кімнатної температури, які використовують світло на горизонті після прориву
Мільйони кубітів на одному квантовому процесорі тепер можливі завдяки кріогенному прориву
Найновіше в електроніці
Лазерно-струминний «чорний метал» може зробити сонячні технології в 15 разів ефективнішими
Квантові матеріали з «прихованим металевим станом» можуть зробити електроніку в 1000 разів швидшою
Нова друкована плата, просочена рідким металом, може витримувати значні пошкодження та самостійно відновлюватися
Вчені винайшли дивні, змінюючі форму «електронні чорнила», які можуть дати початок новому поколінню гнучких гаджетів
Китайський «2D» чіп незабаром може бути використаний для виробництва безкремнієвих мікросхем
Що таке закон Мура?
Останні новини
Препарат від акне Аккутан може відновити вироблення сперми у безплідних чоловіків, згідно з попередніми дослідженнями.
Міжзоряна комета 3I/ATLAS може стати яскраво-зеленою, показують нові дивовижні фотографії
«Новий» острів виник з танучого льоду на Алясці
Прорив в електроніці означає, що наші пристрої одного дня можуть перестати виділяти зайве тепло, кажуть вчені
«Неймовірно захопливо»: NASA стверджує, що знайшло «найчіткішу ознаку» минулого життя на Марсі
Вчені виявили, що дитинчата птерозаврів загинули під час сильного юрського шторму 150 мільйонів років тому
ОСТАННІ СТАТТІ
Міжзоряна комета 3I/ATLAS може стати яскраво-зеленою, показують нові дивовижні фотографії.
Live Science є частиною Future US Inc, міжнародної медіагрупи та провідного цифрового видавництва. Відвідайте наш корпоративний сайт.
- Про нас
- Зверніться до експертів Future
- Умови та положення
- Політика конфіденційності
- Політика щодо файлів cookie
- Заява про доступність
- Рекламуйтеся у нас
- Веб-сповіщення
- Кар'єра
- Редакційні стандарти
- Як запропонувати нам історію
© Future US, Inc. Повний 7-й поверх, 130 West 42nd Street, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, 10036.
var dfp_config = { “site_platform”: “vanilla”, “keywords”: “аналіз-новини-типу, serversidehawk, відеоартикул, van-enable-adviser-
