Изобретени нанопроводници с превключваема светлина - следващата стъпка към оптичния процесор
Идеята за замяна на електрони с фотони от светлина и създаване на изчислителни системи, способни да работят буквално със скоростта на светлината, се носи в научната общност от доста дълго време. Учени от различни страни са разработили редица фотонно-електронни компоненти, които могат да станат основата на такива системи в бъдеще, но в повечето случаи работата на компонентите все още изисква преобразуване на оптични сигнали в електрически сигнали и обратно с помощта на чисто електронни схеми. А това от своя страна значително намалява ефективността и скоростта на изчислителната система.
Доста ефективно и елегантно решение на горепосочените проблеми с преобразуването на сигнала е намерено от учени от Корейския университет. Това решение са фотонно задействани транзистори с наножични транзистори (PTNT). Чрез използването на някакъв вид взаимодействие на светлината с материята, токът, протичащ през транзистора, се контролира от потока светлина, падащ върху определен участък от нанопровода.
Основата на PTNT транзистора е нанопроводник, изработен от полупроводников материал, който включва удължени прозрачни силициеви сегменти, редуващи се със сегменти от непрозрачен порест силиций. Електрическите контакти са монтирани в краищата на нанопровода в областта на прозрачните му сегменти.
Сегменти от порест силиций действат като "резервоари" за уловени електрони. Поради това в нанопроводника възниква електрически потенциал, който забранява преминаването на електрически ток през него, което съответства на изключеното състояние на транзистора. Въпреки това, порестият силиций е силно чувствителен към светлина и когато фотоните на светлината ударят повърхността на порестиясилиций, уловените електрони се възбуждат, преминават на по-високо енергийно ниво и стават способни да "избягат" от този капан. Тези. когато съответните сегменти са осветени, транзисторът започва да пропуска електрически ток, преминава в включено състояние.
Експериментите с прототипи на транзистори PTNT показаха, че съотношението на тяхната проводимост в състояние към проводимостта в извън състояние е 106, което прави възможно използването на такива транзистори не само като дискретни (логически) компоненти, но и за усилване на оптичен сигнал с едновременното му преобразуване в електрически.
Малко по-късно изследователите синтезираха по-сложни структури от нанопроводници, които съдържаха два сегмента от порест силиций и състоянието на такъв транзистор вече можеше да се контролира с помощта на два независими оптични сигнала. И вече на базата на такива "двойни" транзистори изследователите са създали фотонни логически елементи, които изпълняват стандартни функции AND, OR, NAND и техните комбинации.
Сегменти от порести силициеви нанопроводници сега се правят с помощта на метода на химическо ецване. Страничен ефект от това е, че повърхността на нанопровода като цяло е грапава и структурата му е неравна, което води до увеличаване на електрическото съпротивление. В близко бъдеще изследователите ще търсят друг метод за получаване на порест силиций, който няма да повлияе на структурата на проводника като цяло, което ще позволи да се получи висока ефективност и скорост на транзистора.