首個速度達拍赫茲光電晶體管問世

研究人員手持用來開發拍赫茲晶體管的商用晶體管。圖片來源:美國亞利桑那大學

科技日報北京5月21日電 （記者張夢然）在一項具有開創性意義的國際合作研究中，美國亞利桑那大學研究團隊展示了一種利用持續時間不到萬億分之一秒的超快光脈沖來操縱石墨烯中電子的方法。通過量子隧穿效應，他們記錄到了電子幾乎瞬間繞過物理屏障的現象，在引入市售晶體管后，成功制造出首個速度達到拍赫茲的光電晶體管。這一成果將重新定義計算機處理能力的極限，意味著超高速計算機技術的重大飛躍。該研究成果發表在最新一期《自然·通訊》上。

這種新技術有望使計算機以比當前頂級處理器快100萬倍的速度運行，可極大地推動計算方式的革命。隨著人工智能等軟件技術迅速發展，硬件的進步顯得尤為重要。基于這項發現，科學家可以開發出與軟件技術革新相匹配的新一代硬件。這將顯著促進太空探索、化學研究、醫療保健等多個領域的進步。

最初，該研究專注于石墨烯改性樣品的電導率。石墨烯是一種由單層碳原子構成的材料。當激光照射到石墨烯上時，會激發其中的電子并形成電流。由于石墨烯具有對稱的原子結構，這些電流往往會相互抵消，致使檢測不到凈電流。但研究團隊意外地發現，通過修改石墨烯樣品，他們能夠捕捉到電子幾乎瞬間穿過石墨烯的過程——這就是所謂的“隧穿”現象。

為了制造這種世界上最快的拍赫茲量子晶體管，研究團隊使用了市售石墨烯光電晶體管，并在其基礎上引入了一層特殊的硅層。通過以638阿秒（1阿秒等于百億億分之一秒）的速率開關的激光，他們成功實現了這一創舉。

晶體管作為現代電子學的核心組件，控制著兩點之間的電流，是電子設備的基礎。這種新型晶體管能夠在日常環境條件下工作，為未來的商業化應用和電子產品研發開辟了新的可能性。

這一成就不僅展示了未來計算機處理速度的巨大潛力，也為信息技術的發展帶來了新的希望。

【總編輯圈點】

這是計算機硬件技術的重大突破。該技術一旦成熟并實現工程化，將影響AI、大數據處理、科學模擬等對算力高度依賴的領域。例如，在醫療領域，超高速計算可大幅提升基因分析和藥物設計效率；在航天與物理研究中，復雜模型的實時演算將成為可能。它為下一代信息技術的發展指明了方向，標志著我們正踏上一條超高速、低能耗、量子增強的計算之路。