Fototransistor Kecepatan Petahertz Pertama Bekerja dalam Kondisi Ambien

INSIDER Elektronik &Sensor

Mohammed Hassan (kanan), profesor fisika dan ilmu optik, dan Mohamed Sennary, seorang mahasiswa pascasarjana yang mempelajari optik dan fisika, memegang transistor komersial yang mereka gunakan untuk mengembangkan transistor berkecepatan petahertz. (Gambar:Para peneliti)

Bagaimana jika gelombang cahaya ultracepat dapat mengoperasikan komputer dengan kecepatan jutaan kali lebih cepat dibandingkan prosesor terbaik saat ini? Sebuah tim ilmuwan, termasuk peneliti dari Universitas Arizona, berupaya mewujudkan hal tersebut.

Dalam upaya terobosan internasional, para peneliti dari Departemen Fisika di Fakultas Sains dan Fakultas Ilmu Optik James C. Wyant telah menunjukkan cara untuk memanipulasi elektron dalam graphene menggunakan pulsa cahaya yang berlangsung kurang dari sepertriliun detik. Dengan memanfaatkan efek kuantum yang dikenal sebagai tunneling, mereka mencatat elektron melewati penghalang fisik hampir secara instan, suatu prestasi yang mengubah batas potensi kekuatan pemrosesan komputer.

Sebuah penelitian yang dipublikasikan di Nature Communications menyoroti bagaimana teknik ini dapat menghasilkan kecepatan pemrosesan dalam kisaran petahertz — lebih dari 1.000 kali lebih cepat dibandingkan chip komputer modern.

Mengirim data dengan kecepatan tersebut akan merevolusi komputasi yang kita kenal sekarang, kata Mohammed Hassan, seorang profesor fisika dan ilmu optik. Hassan telah lama menekuni teknologi komputer berbasis cahaya dan sebelumnya memimpin upaya mengembangkan mikroskop elektron tercepat di dunia.

“Kami telah mengalami lompatan besar dalam pengembangan teknologi seperti perangkat lunak kecerdasan buatan, namun kecepatan pengembangan perangkat keras tidak bergerak secepat itu,” kata Hassan. "Namun, dengan bersandar pada penemuan komputer kuantum, kita dapat mengembangkan perangkat keras yang sesuai dengan revolusi perangkat lunak teknologi informasi saat ini. Komputer ultracepat akan sangat membantu penemuan dalam penelitian luar angkasa, kimia, layanan kesehatan, dan banyak lagi."

Hassan bekerja bersama rekan-rekannya di U of A Nikolay Golubev, asisten profesor fisika; Mohamed Sennary, seorang mahasiswa pascasarjana yang mempelajari optik dan fisika; Jalil Shah, seorang sarjana fisika pascadoktoral; dan Mingrui Yuan, seorang mahasiswa pascasarjana optik. Mereka bergabung dengan rekan-rekan dari Jet Propulsion Laboratory California Institute of Technology dan Ludwig Maximilian University of Munich di Jerman.

Tim ini awalnya mempelajari konduktivitas listrik dari sampel graphene yang dimodifikasi, bahan yang terdiri dari satu lapisan atom karbon. Saat laser menyinari graphene, energi laser akan merangsang elektron dalam material, membuatnya bergerak dan terbentuk menjadi arus.

Terkadang, arus listrik tersebut saling menghilangkan. Hassan mengatakan hal ini terjadi karena gelombang energi laser bergerak ke atas dan ke bawah, menghasilkan arus yang sama besar dan berlawanan di kedua sisi graphene. Karena struktur atom graphene yang simetris, arus-arus ini mencerminkan satu sama lain dan menghilangkan satu sama lain, sehingga tidak ada arus yang terdeteksi.

Tapi bagaimana jika satu elektron bisa lolos melalui graphene, dan perjalanannya bisa ditangkap dan dilacak secara real time? "Penerowongan" yang hampir seketika itu adalah hasil tak terduga dari tim yang memodifikasi sampel graphene yang berbeda.

“Itulah yang paling saya sukai dari sains:Penemuan sebenarnya datang dari hal-hal yang tidak Anda duga akan terjadi,” kata Hassan. "Saat masuk ke laboratorium, Anda selalu mengantisipasi apa yang akan terjadi — namun keindahan sesungguhnya dari sains adalah hal-hal kecil yang terjadi yang mengarahkan Anda untuk menyelidiki lebih lanjut. Setelah kami menyadari bahwa kami telah mencapai efek penerowongan ini, kami harus mencari tahu lebih lanjut."

Dengan menggunakan fototransistor graphene yang tersedia secara komersial dan dimodifikasi untuk memperkenalkan lapisan silikon khusus, para peneliti menggunakan laser yang dapat mati dan hidup dengan kecepatan 638 attodetik untuk menciptakan apa yang disebut Hassan sebagai "transistor kuantum petahertz tercepat di dunia".

Transistor adalah perangkat yang berfungsi sebagai saklar atau penguat elektronik yang mengontrol aliran listrik antara dua titik dan merupakan hal mendasar bagi perkembangan elektronika modern.

“Sebagai referensi, satu attodetik sama dengan sepertriliun detik,” kata Hassan. "Artinya, pencapaian ini mewakili lompatan besar dalam pengembangan teknologi komputer ultracepat dengan mewujudkan transistor berkecepatan petahertz."

Meskipun beberapa kemajuan ilmiah terjadi dalam kondisi yang ketat, termasuk suhu dan tekanan, transistor baru ini berfungsi dalam kondisi sekitar — membuka jalan bagi komersialisasi dan penggunaan dalam perangkat elektronik sehari-hari.

Sumber