Terobosan elektronik berarti perangkat kita suatu hari nanti mungkin tidak lagi memancarkan panas limbah, kata para ilmuwan
Para peneliti telah mengembangkan teknologi terobosan yang memecahkan batas mendasar dalam elektronik.
Teknologi baru ini, dijuluki “sakelar optoekskitonik,” dapat menyebabkan kelas elektronik baru – mulai dari ponsel dan PC hingga pusat data dan komputer kuantum yang dapat beroperasi di tanpa menghasilkan panas limbah.
Sakelar baru berfungsi seperti sakelar elektronik konvensional, yang menggunakan muatan listrik untuk mengontrol aliran elektron dalam suatu sistem. Switch mengarahkan aliran energi atau mengontrol transmisi sinyal dalam perangkat.
Karena elektron ini diisi, mereka menghasilkan “panas limbah.” Inilah sebabnya mengapa laptop Anda menjadi panas ketika Anda bermain video game yang menuntut dan mengapa pusat data besar beroperasi pada suhu yang luar biasa tinggi.
“Sakelar rangsangan” yang baru, di sisi lain, mengandalkan “rangsangan” yang diisi secara netral – kelas quasipartikel yang dibuat dengan “menarik” sebuah elektron sedemikian rupa sehingga dihapus dari posisinya dalam atom.
Elektron tereksitasi ini meninggalkan lubang yang mengikat dengan elektron bebas. Bersama-sama, elektron yang bergerak bebas, yang sekarang memiliki muatan negatif, dan lubang yang ditinggalkannya, yang memiliki muatan positif, membentuk satu quasipartikel tunggal yang disebut “rangsangan” yang tetap bermuatan netral. Karena rangsangan memiliki muatan netral, mereka tidak menghasilkan panas ketika mereka mentransfer informasi.
Kekuatan Cahaya
The Breakthrough Research, yang diterbitkan 31 Agustus di jurnal ACS Nanoadalah rangsangan pertama kali digunakan untuk membuat sakelar yang melebihi kinerja sakelar fotonik saat ini dan mencapai kinerja canggih secara keseluruhan.
“Elektronik menjadi panas, dan itu karena perangkat elektronik selalu memiliki kapasitor,” rekan penulis studi Parag DeotoreAssociate Professor Electrical Engineering, Teknik Komputer, dan Fisika Terapan, mengatakan kepada Live Science. “Setiap kali Anda menyimpan energi atau Anda melepaskan energi itu, Anda memanaskannya. Exciton adalah partikel netral muatan baru, seperti foton, yang tidak menghasilkan panas ini.”
Perangkat baru ini menggunakan rangsangan untuk mengatasi masalah panas dan meningkatkan desain elektronik dengan menyusutnya sakelar yang digunakan untuk memindahkan informasi dengan dua urutan besarnya.
Deotore mengatakan tujuan jangka panjang dalam mengembangkan sakelar baru ini adalah untuk membuat sirkuit rangsangan yang berfungsi begitu efisien sehingga sistem komputer tidak memerlukan kipas dan bahwa ponsel dapat menjaga baterai mereka dibebankan untuk jangka waktu yang jauh lebih lama.
Menguji 'ketebalan magis'
Sementara teori di balik sakelar rangsangan adalah suara, rekayasa dan pengujian teknologi baru menghadirkan tantangan terbesar bagi tim. Dalam sistem elektronik konvensional, elektron didorong di mana mereka harus melalui muatan listrik brute-force. Excitons tidak memiliki opsi ini karena muatan netral mereka.
Untuk mendapatkan rangsangan untuk pergi ke tempat yang harus mereka tuju, para ilmuwan menggunakan foton yang dibebankan secara netral untuk memesan rangsangan dalam array linier di sepanjang bidang satu dimensi-atau “punggungan.”
Tim menciptakan Excitons, kemudian mempengaruhi mereka dengan sejumlah foton tertentu, yang diserap di ujung punggung bukit untuk menciptakan populasi rangsangan, kata Deotore. Dengan kata lain, ini adalah kerumunan rangsangan yang berkumpul dan berdiri diam di bagian bawah garis lurus. Tim kemudian menerapkan lebih banyak foton sampai Excitons mulai bergerak. Jika mereka menambahkan terlalu banyak foton, Excitons gagal mengikuti punggungan; Terlalu sedikit foton yang menyebabkan rangsangan tetap diam.
“Prediksi kami adalah bahwa jika Anda menumbuhkannya cukup tebal, kopling cahaya ke rangsangan akan sedemikian rupa sehingga dorongan akan dihancurkan. Dan mereka bisa menunjukkannya. Jadi pada dasarnya, ia harus memiliki ketebalan ajaib,” rekan penulis studi Mackillo Kiraseorang profesor teknik listrik dan komputer, dan co-direktur Institut Penelitian Quantum Universitas, mengatakan kepada Live Science. “
Karena cahaya bertindak sebagai gelombang, foton “mendorong” rangsangan begitu ketebalan ajaib itu tercapai. Mengamati kegiatan ini mengkonfirmasi teori -teori dan membuktikan bahwa percobaan itu berhasil, tambah Kira. “Itu sebenarnya mudah diverifikasi untuk percobaan, karena warna exciton akan berubah saat Anda pergi di sepanjang punggung bukit, kata Kira.
Berdasarkan hasil percobaan, sakelar sudah memenuhi atau melampaui kemampuan teknologi saat ini.
Tujuan utamanya adalah untuk mengukur sakelar ini ke sirkuit yang, seolah -olah, menggantikan elektronik saat ini. Menurut para peneliti, beberapa kemajuan diperlukan untuk mencapai tujuan itu, termasuk menemukan bahan baru dan mengembangkan teknik untuk membuat dan mengukur perangkat prototipe yang digunakan dalam percobaan tim. Tetapi tim percaya bahwa tantangan ini dapat diatasi dalam hitungan dekade.
Harapannya adalah bahwa sakelar dan sirkuit optoekskitonik dapat mengatasi panas limbah – bisa dibilang masalah terbesar dalam komputasi. Ini akan memungkinkan pengurangan besar -besaran dalam ukuran ditambah dengan peningkatan kinerja yang eksponensial, kata para ilmuwan.
