第一个在环境条件下工作的拍赫兹速度光电晶体管
电子与传感器内幕
物理和光学科学副教授穆罕默德·哈桑（右）和光学和物理研究生穆罕默德·塞纳里拿着他们用来开发太赫兹速度晶体管的商用晶体管。 （图片来源：研究人员）如果超快光脉冲能够以比当今最好的处理器快一百万倍的速度运行计算机，会怎样？包括亚利桑那大学研究人员在内的一组科学家正在努力实现这一目标。
在一项开创性的国际努力中，来自理学院物理系和詹姆斯·C·怀特光学科学学院的研究人员展示了一种利用持续时间不到万亿分之一秒的光脉冲来操纵石墨烯中电子的方法。通过利用称为隧道效应的量子效应，他们记录了几乎瞬间绕过物理屏障的电子，这一壮举重新定义了计算机处理能力的潜在极限。
发表在《Nature Communications》上的一项研究 强调了该技术如何实现拍赫兹范围内的处理速度——比现代计算机芯片快 1,000 倍以上。
物理学和光学科学副教授穆罕默德·哈桑说，以这样的速度发送数据将彻底改变我们所知的计算。哈桑长期以来一直追求基于光的计算机技术，并曾领导开发世界上最快的电子显微镜。
哈桑说：“我们在人工智能软件等技术的发展方面经历了巨大的飞跃，但硬件发展的速度却没有那么快。” “但是，依靠量子计算机的发现，我们可以开发出与当前信息技术软件革命相匹配的硬件。超快计算机将极大地帮助空间研究、化学、医疗保健等领域的发现。”
哈桑与阿尔伯塔大学的物理学助理教授尼古拉·戈卢别夫 (Nikolay Golubev) 一起工作。 Mohamed Sennary，光学和物理学研究生； Jalil Shah，物理学博士后学者；和光学研究生 Mingrui Yuan。来自加州理工学院喷气推进实验室和德国慕尼黑路德维希马克西米利安大学的同事也加入了他们的行列。
该团队最初研究的是石墨烯改性样品的电导率，石墨烯是一种由单层碳原子组成的材料。当激光照射到石墨烯上时，激光的能量会激发材料中的电子，使它们移动并形成电流。
有时，这些电流会相互抵消。哈桑说，这是因为激光的能量波上下移动，在石墨烯的两侧产生相等且相反的电流。由于石墨烯的对称原子结构，这些电流相互镜像并相互抵消，不留下可检测到的电流。
但是，如果单个电子可以穿过石墨烯，并且它的旅程可以被实时捕获和跟踪呢？这种近乎即时的“隧道效应”是团队修改不同石墨烯样品的意外结果。
“这就是我最喜欢科学的一点：真正的发现来自于你意想不到的事情，”哈桑说。 “进入实验室，你总是会预料到会发生什么 - 但科学的真正美妙之处在于发生的小事情会引导你进一步研究。一旦我们意识到我们已经实现了这种隧道效应，我们就必须了解更多。”
研究人员使用经过修改以引入特殊硅层的市售石墨烯光电晶体管，并使用以 638 阿秒的速率开关的激光，创造了哈桑所说的“世界上最快的太赫兹量子晶体管”。
晶体管是一种充当电子开关或放大器的设备，控制两点之间的电流，是现代电子学发展的基础。
“作为参考，单个阿秒是十亿分之一秒，”哈桑说。 “这意味着这一成就代表着通过实现太赫兹速度晶体管，超快计算机技术的发展迈出了一大步。”
虽然一些科学进步是在严格的条件下发生的，包括温度和压力，但这种新型晶体管在环境条件下表现良好，为日常电子产品的商业化和使用开辟了道路。
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