Как персонаж фильма Marvel Человек-муравей может производить такую ​​сильную энергию из своего маленького тела? Секрет кроется в транзисторах на его костюме, которые усиливают слабые сигналы для обработки. Транзисторы, которые усиливают электрические сигналы обычным способом, теряют тепловую энергию и ограничивают скорость передачи сигнала, что снижает производительность. Что, если бы можно было преодолеть такие ограничения и создать высокоэффективный костюм, легкий и компактный, но без потери тепловой энергии?

Команда POSTECH, состоящая из профессора Kyoung-Duck Park и Yeonjeong Koo с физического факультета, и группы из Университета ИТМО в России под руководством профессора Василия Кравцова, совместно разработала наноэкситонный транзистор с использованием внутрислойных и межслойных экситонов в полупроводниках на основе гетероструктур, который решает ограничения существующих транзисторов. Исследование было недавно опубликовано в журнале ACS Nano.

Экситоны отвечают за излучение света полупроводниковыми материалами и являются ключом к разработке светоизлучающего элемента следующего поколения с меньшим выделением тепла и источника света для квантовых информационных технологий благодаря свободному преобразованию между светом и материалом в их электрически нейтральных состояниях.

В полупроводниковом гетеробислое, представляющем собой стопку двух разных полупроводниковых монослоев, есть два типа экситонов: внутрислойные экситоны с горизонтальным направлением и межслоевые экситоны с вертикальным направлением.

Оптические сигналы, излучаемые двумя экситонами, имеют разную яркость, продолжительность и время когерентности. Это означает, что избирательное управление двумя оптическими сигналами может позволить разработать двухразрядный экситонный транзистор. Однако управлять внутри- и межслоевыми экситонами в наноразмерных пространствах было сложно из-за неоднородности полупроводниковых гетероструктур и низкой световой эффективности межслойных экситонов в дополнение к дифракционному пределу света.

Команда в своем предыдущем исследовании предложила технологию управления экситонами в пространствах наноуровня путем прессования полупроводниковых материалов наноразмерным наконечником. На этот раз впервые исследователи смогли дистанционно контролировать плотность и яркостную эффективность экситонов на основе поляризованного света на кончике, не касаясь непосредственно экситонов. Наиболее значительным преимуществом этого метода, который сочетает в себе фотонный нанорезонатор и пространственный модулятор света, является то, что он может обратимо управлять экситонами, сводя к минимуму физическое повреждение полупроводникового материала. Кроме того, наноэкситонный транзистор, использующий свет, может помочь обрабатывать огромные объемы данных со скоростью света, сводя к минимуму потери тепловой энергии.

Искусственный интеллект (ИИ) вторгся в нашу жизнь быстрее, чем мы когда-либо ожидали, и ему требуются огромные объемы данных, чтобы давать правильные ответы, которые действительно полезны для пользователей. Необходимо собирать и обрабатывать постоянно растущий объем информации, поскольку все больше и больше областей используют ИИ. Ожидается, что это исследование предложит новую стратегию обработки данных, соответствующую эпохе стремительного роста данных. Ёнчжон Ку, один из первых авторов исследовательской работы, сказал: «Ожидается, что наноэкситонный транзистор сыграет важную роль в реализации оптического компьютера, который поможет обрабатывать огромные объемы данных, управляемых технологией искусственного интеллекта."