微型光學器件開關光速度提高 10,000 倍，有望實現更快的計算機
德國研究人員推出了一種由非常薄的半導體層製成的超快光開關，其運行速度比當今的電子晶體管快約 10,000 倍。這種新型光學器件由奧爾登堡大學的物理學家團隊設計，其功能相當於光學開關或光學晶體管。研究人員表示，超快光開關為光學數據處理提供了有趣的前景。該原型被描述為納米結構的“活性超材料”，由銀和原子薄的半導體層製成。它能夠在飛秒或萬億分之一秒的時間尺度上控制光。該研究的主要作者、奧爾登堡大學實驗物理學教授 Christoph Lienau 博士表示：“如果我們想在納米尺度上製造超快光開關，我們的發現特別令人感興趣。”納米級光學 Lienau 和他的研究團隊著手尋找一種可以使用緊密聚焦的激光束在短短幾飛秒內操縱或切換其反射特性的材料。作為參考，一飛秒等於十億分之一秒的百萬分之一。在該項目中，該團隊使用了超薄銀納米狹縫陣列。然後，他們在其表面銑削出一系列平行凹槽，每個凹槽的寬度和深度約為 45 納米（十億分之一米）。參與這項研究的英國劍橋大學的科學家隨後將僅三個原子厚的半導體晶體二硫化鎢單層應用到該結構的表面。 Moritz Gittinger 博士（左）和 Daniel Timmer 博士（右）站在該研究所依據的實驗前。圖片來源：奧爾登堡大學 / Marcus Windus 令科學家們驚訝的是，納米結構對光錶現出非凡的響應。 “單獨來看，這兩種材料都沒有表現出轉換效應，”利諾指出。然而，當組合成混合納米結構時，它們就成為所謂的“活性超材料”。 Lienau 解釋說，照射到納米結構表面的光在被反射之前會短暫存儲在稱為激子-等離子體激元極化子的混合量子態中約 70 飛秒。在這種表現出光和物質特性的狀態下，光以等離子體波的形式穿過半導體表面。這導致與材料的束縛電子空穴對（稱為激子）產生強烈的相互作用。邁向光學計算 該團隊利用外部激光脈衝來改變這種相互作用的強度。據報導，他們在第一個實驗中能夠將反射光的亮度改變多達 10%。 “在這個存儲階段，我們能夠控制該層的反射率，”研究員、該研究的主要作者之一丹尼爾蒂默博士說。隨後，他和他的同事 Moritz Gittinger 博士利用二維電子光譜 (2DES) 研究了這種效應。這種方法使他們能夠以幾飛秒的時間分辨率跟踪量子相互作用，就像他們在看電影一樣。 “在當前的研究中，我們首次能夠通過使用比觀察到的開關過程更短的光脈衝來研究超材料，”Lienau 強調說。 Lienau 報告稱，超快光開關可以大大增加單位時間傳輸的數據量。與此同時，數百萬台計算機和 LED 電視中使用的電子晶體管的開關時間要長大約一千倍。該團隊表示，光學技術是提高傳統計算機時鐘速度的唯一方法。 Lienau 解釋說，納米級超快光開關還可以為芯片製造、光學傳感器和量子計算機帶來可能性。 “主要任務是設計、定制和優化活性超材料，使這些應用成為可能，”Lienau 在一份聲明中總結道。該研究已發表在《自然納米技術》雜誌上。
已发布: 2026-01-21 16:55:00
