ฟิสิกส์ควอนตัมกำหนดขีดจำกัดความเร็วสำหรับสวิตช์ออปโตอิเล็กทรอนิกส์ที่เร็วที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้

ฟิสิกส์ควอนตัมกำหนดขีดจำกัดความเร็วสำหรับสวิตช์ออปโตอิเล็กทรอนิกส์ที่เร็วที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้

สวิตช์ออปโตอิเล็กทรอนิกส์สามารถทำงานได้ถึง 1,000 ล้านล้านครั้งต่อวินาที อัตรา 1 เพตาเฮิรตซ์ ก่อนที่กระบวนการควอนตัมจะทำลายประสิทธิภาพของมัน นักวิจัยในเยอรมนีและออสเตรียกล่าว ผลที่ได้ทำให้จำกัดความเร็วพื้นฐานในการประมวลผลข้อมูลแบบคลาสสิก ในขณะที่เทคนิคการทดลองที่ใช้ในการบรรลุผลดังกล่าวสามารถช่วยให้นักฟิสิกส์ได้รับความเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับปรากฏการณ์ที่หลากหลาย

ด้วยการประยุกต์ใช้

ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่เชื่อมโยงกัน แม้ว่าชิปคอมพิวเตอร์ในปัจจุบันจะเร็วกว่าที่เคยเป็นมา แต่กฎของฟิสิกส์ควอนตัมจำกัดความเร็วที่ชิปจะได้รับ ตามเนื้อผ้า ความเร็วในการประมวลผลที่เพิ่มขึ้นมาจากการหดตัวของทรานซิสเตอร์และส่วนประกอบชิปอื่นๆ เพื่อให้ข้อมูลมีระยะทางสั้นลงในการเดินทาง 

ขีดจำกัดทางกายภาพคือขนาดของอะตอมอีกวิธีหนึ่งคือการเพิ่มอัตราการเปลี่ยน วิธีหนึ่งในการทำเช่นนี้คือการใช้แสงแทนทรานซิสเตอร์เพื่อควบคุมการไหลของกระแส ตัวอย่างเช่น โดยใช้พัลส์เลเซอร์เพื่อกระตุ้นอิเล็กตรอนจากแถบเวเลนซ์ของวัสดุเซมิคอนดักเตอร์เข้าสู่แถบการนำไฟฟ้าเพื่อให้วัสดุ

กลายเป็น ตัวนำ พลังงานที่จำเป็นสำหรับการกระตุ้นนี้ขึ้นอยู่กับสารกึ่งตัวนำและสอดคล้องกับความถี่แสงในช่วงอินฟราเรดถึงช่วงที่มองเห็นได้ ซึ่งจะกำหนดความเร็วการสลับสูงสุดที่เป็นไปได้ในวัสดุเหล่านี้

แสงความถี่สูงในผลงานชิ้นใหม่นี้ ทีมที่นำของออสเตรีย ศึกษาไดอิเล็กตริกลิเธียมฟลูออไรด์

มากกว่าเซมิคอนดักเตอร์ เนื่องจากพลังงานกระตุ้นของไดอิเล็กตริกนั้นสูงกว่ามาก สิ่งนี้ทำให้นักวิจัยสามารถใช้แสงที่มีความถี่สูงกว่า และส่งผลให้รับส่งข้อมูลได้เร็วยิ่งขึ้น อย่างไรก็ตาม ตามที่สมาชิกในทีมอธิบายไว้ มีข้อเสียคือ วัสดุไดอิเล็กทริกส่วนใหญ่ไม่สามารถนำไฟฟ้าได้โดยไม่แตกหัก

เพื่อแก้ปัญหานี้ นักวิจัยได้เพิ่มความถี่ของการสลับพัลส์แสงไปที่ช่วงรังสีอัลตราไวโอเลตมาก และลดระยะเวลาลงเป็นหนึ่งเฟมโตวินาที (10 -15วินาที) มันสั้นมากจนอิเล็กทริกไม่มีเวลาแตก ด้วยการยิงตัวอย่างไดอิเล็กตริกด้วยพัลส์เลเซอร์ที่สั้นเกินขีดนี้ พวกเขากระตุ้นอิเล็กตรอนเข้าสู่แถบการนำไฟฟ้า

ซึ่งอนุภาค

สามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ จากนั้นพวกเขาใช้พัลส์ที่สองซึ่งยาวกว่าเล็กน้อยเพื่อเร่งอิเล็กตรอนที่ถูกกระตุ้นเหล่านี้ไปในทิศทางที่ต้องการ ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าที่พวกเขาสามารถตรวจจับได้ด้วยอิเล็กโทรดที่เชื่อมต่อกับทั้งสองด้านของวัสดุ “วิธีการที่เราใช้  การสุ่มตัวอย่างกระแสที่เร็วมาก

ซึ่งถูกฉีดด้วยรังสีอุลตร้าไวโอเลตที่รุนแรง จากนั้นจึงขับเคลื่อนด้วยสนามแสง  ช่วยให้เราสามารถติดตามว่าอิเล็กตรอนทำอะไรเมื่อสวิตช์ไดอิเล็กทริกทำงาน” ซึ่งปัจจุบันเป็นนักวิจัยหลังปริญญาเอกที่มหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ดอธิบายเรา. “เทคนิคของเราช่วยให้เราสามารถผลักอิเล็กตรอนจากแถบเวเลนซ์ไป

ยังแถบการนำไฟฟ้าในไดอิเล็กตริกภายในหนึ่งเฟมโตวินาที นั่นคือเราเปลี่ยนไดอิเล็กตริกจากฉนวนไปยังตัวนำด้วยความเร็วที่จำเป็นในการเปลี่ยนเพตาเฮิรตซ์” การรวมกันของสองกฎในฟิสิกส์และเพื่อนร่วมงานได้ติดตามสิ่งที่อิเล็กตรอนทำหลังจากใส่เข้าไปในแถบการนำไฟฟ้า 

โดยการติดตามว่าหากเปลี่ยนเวลาเร็วขึ้นกว่านี้ อิเล็กตรอนจะถูกผลักเข้าไปในบริเวณของโครงสร้างแถบ ซึ่งพวกมันจะ “ทำร้าย” สัญญาณที่นักวิจัยกำลังพยายาม เพื่อส่ง ระบุว่าผลลัพธ์นี้เป็นการรวมกันของสองปัจจัย: โครงสร้างแถบของวัสดุและขีดจำกัดฟูริเยร์ เมื่อพัลส์แสงที่ใช้ในการสวิตชิ่งสั้นลง 

ขีดจำกัด

ฟูริเยร์หมายความว่าพัลส์ต้องยืดออกไปในช่วงความยาวคลื่นที่กว้างขึ้น ด้วยเหตุนี้พัลส์จึงส่งเสริมอิเล็กตรอนในบริเวณที่มีผลไม่พึงประสงค์ อธิบาย “การสลับเกิน 1 เพตะเฮิรตซ์อาจทำให้อิเล็กตรอนไปยังบริเวณโครงสร้างแถบ ซึ่งจู่ๆ พวกมันจะเริ่มเคลื่อนที่ไปในทิศทางที่ตรงข้ามกับสนามไฟฟ้าที่เราใช้ 

ซึ่งแน่นอนว่าเป็นเรื่องแย่สำหรับประสิทธิภาพการสลับ” “โดยการเปรียบเทียบโครงสร้างสายของลิเธียมฟลูออไรด์กับวัสดุอื่น เราสามารถแสดงได้ว่าเรามาถึงจุดสูงสุดของสิ่งที่เป็นไปได้ในทางทฤษฎีสำหรับวัสดุใดๆ ที่มีอยู่ก่อนที่จะเกิดการพลิกกลับเหล่านี้” เปลี่ยนขนาดของอพาร์ทเมนต์ตั้งข้อสังเกตว่า

การใช้งานจริงของสวิตช์ความเร็วสูงสุดใหม่นั้นยังอีกยาวไกล “ปัจจุบัน การตั้งค่าการทดลองที่เราใช้สำหรับการทดลองนี้มีขนาดและราคาคร่าว ๆ ของอพาร์ทเมนต์แบบหนึ่งห้องนอน และนี่ทำให้ได้สวิตช์เพียงตัวเดียว” เขากล่าว “เรายังต้องใช้เวลาอีกสักพักในการย่อขนาดเลเซอร์และส่วนอื่นๆ 

ว่าเนื่องจากทีมงานได้สาธิตแนวทางสำหรับลิเธียมฟลูออไรด์แล้ว ซึ่งมีช่องว่างแถบที่ใหญ่ที่สุด (ระยะห่างระหว่างแถบวาเลนซ์กับแถบการนำไฟฟ้า) ของวัสดุที่รู้จักทั้งหมด การนำไปใช้กับวัสดุอื่น “จะค่อนข้างตรงไปตรงมา” .และนั่นไม่ใช่ทั้งหมด: เสริมว่าวิธีการนี้ควรช่วยให้นักวิจัยสามารถวัด

สนามแม่เหล็กไฟฟ้าของพัลส์เลเซอร์ ซึ่งเป็นข้อมูลที่ต้องการซึ่งมีเพียงไม่กี่เทคนิคที่สามารถให้ได้ในขณะนี้ วิธีที่สนามเลเซอร์วิวัฒนาการหลังจากทำปฏิกิริยากับวัสดุสามารถเผยให้เห็นแสงโพลาไรซ์แบบไม่เชิงเส้นที่แก้ไขตามเวลาที่สร้างขึ้นในพวกมัน และดังนั้นจึงสามารถเผยให้เห็นว่าพาหะ

ที่ถูกผูกไว้มีพฤติกรรมอย่างไรในของแข็ง อธิบาย “มันจะทำให้เห็นภาพที่สมบูรณ์ของช่องอิเล็กตรอนที่ทำปฏิกิริยากับแสง” เขาสรุป ของอุปกรณ์ และสร้างสวิตช์ขนานหลายล้านตัวที่จำเป็นสำหรับโปรเซสเซอร์ด้วยขนาดและราคาที่สามารถรวมเข้ากับสมาร์ทโฟนได้ เป็นต้น”

นึกถึงมื้อเที่ยงในชีวิตจริง ช่วงพักดื่มกาแฟ และงานเลี้ยงอาหารค่ำที่ผู้คนพูดคุยเรื่องข่าว ในระหว่างการเผชิญหน้าเหล่านี้ ผู้คนจะเปลี่ยนมุมมองไปตามเสียงข้างมากในท้องถิ่น เว้นแต่ต้องเผชิญกับความเห็นที่เท่าเทียมกันภายในกลุ่ม ในกรณีหลังนี้ ผู้คนมีแนวโน้มที่จะสนับสนุนตำแหน่งที่เสนอการเปลี่ยนแปลงน้อยที่สุดหรือสอดคล้องกับอคติโดยไม่รู้ตัว ผลที่ตามมา

credit: BipolarDisorderTreatmentsBlog.com silesungbatu.com ibd-treatment-blog.com themchk.com BlogPipeAndRow.com InfoTwitter.com rooneyimports.com oeneoclosuresusa.com CheapOakleyClearanceSale.com 997749a.com