物理學家提出了一種具有電調製表面特性的奈米級光天線——這項突破可能為更快的電腦晶片鋪平道路。
由於德國和丹麥大學之間的合作，等離激元諧振器的進步可能會使電腦晶片的速度提高 1000 倍。這些團隊成功地對光天線進行了電調製，並將量子力學整合到經典物理模型中，有望產生深遠的技術影響。推動計算速度
現今的計算機在速度方面已達到物理極限。半導體元件通常以數千兆赫茲的最大可用頻率運行，這相當於每秒數十億次計算操作。因此，現代系統依靠多個晶片來劃分計算任務，因為單一晶片的速度無法進一步提高。然而，如果在電腦晶片中使用光（光子）代替電（電子），它們的速度可能會快 1000 倍。
等離子諧振器，也稱為“光天線”，是實現這種速度飛躍的一種有前途的方法。這些是奈米尺寸的金屬結構，光和電子在其中相互作用。根據它們的幾何形狀，它們可以與不同的光頻率相互作用。
調製技術的突破
「挑戰在於等離子體諧振器尚無法像傳統電子 美國電話號碼庫 產品中的電晶體那樣進行有效調製。這阻礙了基於光的快速開關的發展。
JMU 的一個研究團隊與位於歐登塞的南丹麥大學(SDU) 合作，在光天線的調製方面向前邁出了重要一步：它成功地實現了電控調製，為超快有源等離子體技術指明了道路，從而到更快的電腦晶片。這項實驗已發表在《科學進展》期刊。
增強諧振器表面以加速計算速度
團隊沒有嘗試改變整個諧振器，而是專 如何在線上免費使用 注於改變其表面特性。這項突破是透過電接觸單一諧振器（由金製成的奈米棒）實現的——這個想法在概念上很簡單，但只有借助基於氦離子束和金奈米晶體的複雜奈米加工才能實現。這種獨特的製造方法是在伯特·赫克特教授的指導下，由 JMU 實驗物理（生物物理學）教席建立的。使用鎖定放大器的複雜測量技術對於檢測諧振器表面上微小但顯著的影響至關重要。
研究負責人 Thorsten Feichtner 博士解釋說：「我們利用的效應與法拉第籠的原理相當。正如被閃電擊中的汽車中的電子聚集在外部並且車內乘員是安全的一樣，表面上的額外電子也會影響諧振器的光學特性。
令人驚訝的量子效應
到目前為止，光學天線幾乎總是可以用經 資料庫到數據 典的方式來描述：金屬的電子只是停留在奈米顆粒的邊緣，就像水停在港口牆壁上一樣。然而，維爾茨堡科學家進行的測量揭示了共振的變化，這種變化無法再用經典術語來解釋：電子「塗抹」穿過金屬和空氣之間的邊界，導致柔和的漸變過渡，類似於沙灘在海邊相遇。
為了解釋這些量子效應，SDU 歐登塞的理論家發展了一個半經典模型。它將量子特性合併到表面參數中，以便可以使用經典方法進行計算。 「透過擾動表面的反應函數，我們將經典效應和量子效應結合起來，創建了一個統一的框架，增進了我們對錶面效應的理解，」該研究的第一作者、約翰內斯堡大學物理學家盧卡·祖拉克（Luka Zurak）解釋道。建立量子研究新領域
新模型可以重現實驗，但目前尚不清楚金屬表面究竟涉及哪些量子效應。 「但透過這項研究，現在第一次可以專門設計新的天線並排除或放大單一量子效應，」托爾斯滕·費希特納說。
從長遠來看，研究人員設想了更多的應用：更小的諧振器有望實現高效率的光學調製器，可以在技術上使用。此外，還可以使用所提出的系統來研究表面電子在催化過程中的影響。這將為能源轉換和能源儲存技術提供新的見解。