O primeiro fototransistor de velocidade Petahertz funciona em condições ambientais

Eletrônicos e Sensores INSIDER
Mohammed Hassan (à direita), professor associado de física e ciências ópticas, e Mohamed Sennary, um estudante graduado que estuda óptica e física, segurando o transistor comercial que usaram para desenvolver um transistor de velocidade petahertz. (Imagem:Os pesquisadores)
E se pulsos de luz ultrarrápidos pudessem operar computadores a velocidades um milhão de vezes mais rápidas que os melhores processadores atuais? Uma equipe de cientistas, incluindo pesquisadores da Universidade do Arizona, está trabalhando para tornar isso possível.

Num esforço internacional inovador, pesquisadores do Departamento de Física da Faculdade de Ciências e da Faculdade de Ciências Ópticas James C. Wyant demonstraram uma maneira de manipular elétrons no grafeno usando pulsos de luz que duram menos de um trilionésimo de segundo. Ao aproveitar um efeito quântico conhecido como tunelamento, eles registraram elétrons contornando uma barreira física quase instantaneamente, um feito que redefine os limites potenciais do poder de processamento do computador.

Um estudo publicado na Nature Communications destaca como a técnica pode levar a velocidades de processamento na faixa dos petahertz – mais de 1.000 vezes mais rápidas que os chips de computador modernos.

O envio de dados a essas velocidades revolucionaria a computação como a conhecemos, disse Mohammed Hassan, professor associado de física e ciências ópticas. Hassan há muito busca tecnologia computacional baseada em luz e anteriormente liderou esforços para desenvolver o microscópio eletrônico mais rápido do mundo.

“Tivemos um enorme salto no desenvolvimento de tecnologias como software de inteligência artificial, mas a velocidade do desenvolvimento de hardware não avança tão rapidamente”, disse Hassan. "Mas, apoiando-nos na descoberta de computadores quânticos, podemos desenvolver hardware que corresponda à atual revolução no software de tecnologia da informação. Computadores ultrarrápidos ajudarão muito nas descobertas em pesquisa espacial, química, saúde e muito mais."

Hassan trabalhou ao lado dos colegas da U of A Nikolay Golubev, professor assistente de física; Mohamed Sennary, estudante de pós-graduação em óptica e física; Jalil Shah, pós-doutorado em física; e Mingrui Yuan, estudante de graduação em óptica. A eles se juntaram colegas do Laboratório de Propulsão a Jato do Instituto de Tecnologia da Califórnia e da Universidade Ludwig Maximilian de Munique, na Alemanha.

A equipe estava originalmente estudando a condutividade elétrica de amostras modificadas de grafeno, um material composto por uma única camada de átomos de carbono. Quando um laser incide sobre o grafeno, a energia do laser excita os elétrons do material, fazendo-os se mover e formar uma corrente.

Às vezes, essas correntes elétricas se cancelam. Hassan disse que isso acontece porque a onda de energia do laser se move para cima e para baixo, gerando correntes iguais e opostas em ambos os lados do grafeno. Devido à estrutura atômica simétrica do grafeno, essas correntes se espelham e se cancelam, não deixando nenhuma corrente detectável.

Mas e se um único elétron pudesse passar pelo grafeno e sua jornada pudesse ser capturada e rastreada em tempo real? Esse “túnel” quase instantâneo foi o resultado inesperado da equipe modificando diferentes amostras de grafeno.

“Isso é o que mais amo na ciência:a verdadeira descoberta vem de coisas que você não espera que aconteçam”, disse Hassan. "Ao entrar no laboratório, você sempre antecipa o que vai acontecer - mas a verdadeira beleza da ciência são as pequenas coisas que acontecem que nos levam a investigar mais a fundo. Assim que percebemos que havíamos alcançado esse efeito de túnel, tivemos que descobrir mais."

Usando um fototransistor de grafeno disponível comercialmente que foi modificado para introduzir uma camada especial de silício, os pesquisadores usaram um laser que liga e desliga a uma taxa de 638 attosegundos para criar o que Hassan chamou de “o transistor quântico petahertz mais rápido do mundo”.

Um transistor é um dispositivo que atua como uma chave ou amplificador eletrônico que controla o fluxo de eletricidade entre dois pontos e é fundamental para o desenvolvimento da eletrônica moderna.

“Para referência, um único attosegundo é um quintilionésimo de segundo”, disse Hassan. "Isso significa que esta conquista representa um grande salto no desenvolvimento de tecnologias de computador ultrarrápidas ao realizar um transistor de velocidade petahertz."

Embora alguns avanços científicos ocorram sob condições rigorosas, incluindo temperatura e pressão, este novo transistor funcionou em condições ambientais – abrindo caminho para a comercialização e uso na eletrônica cotidiana.

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