Electrónica en los petahercios

Dibujo20160413 Experimental set-up and energy level diagram of GaN from Petahertz optical drive with wide-bandgap semiconductor nphys3711-f1

El microprocesador de tu ordenador funciona a gigahercios (GHz) desde hace muchos años. La razón es que una mayor velocidad de los electrones en un semiconductor genera demasiado calor. En aplicaciones optoelectrónicas se alcanzan los terahercios (THz). Se publica en Nature Physics una nueva tecnología que permite alcanzar los petahercios (PHz) minimizando la generación de calor. En concreto se usa el nitruro de galio (GaN) para alcanzar 1,16 PHz en conmutación (paso de un ‘0’ a un ‘1’ en un transistor).

El GaN tiene una banda prohibida de 3,35 eV y se usa en los diodos LED azules (Premio Nobel de Física de 2014). Su uso en transistores promete superar el límite de los gigahercios y alcanzar los terahercios, dando lugar a ordenadores personales mil veces más rápidos. Por supuesto, todavía queda mucha I+D para que esto se haga realidad. De un transistor ultrarrápido a una CPU ultrarrápida hay un salto enorme. Aún así, ya hemos dado el primer paso. Y dado el gran interés económica en esta tecnología, los siguientes pasos no tardarán en llegar.

El artículo es Hiroki Mashiko, Katsuya Oguri, […] Hideki Gotoh, “Petahertz optical drive with wide-bandgap semiconductor,” Nature Physics (11 Apr 2016), doi: 10.1038/nphys3711; más información divulgativa en Oliver D. Mücke, “Petahertz Electronics: Pick up speed,” Nature Physics (11 Apr 2016), doi: 10.1038/nphys3746.

Dibujo20160413 Attosecond transient absorption trace with GaN wide-bandgap semiconductor Petahertz optical drive with wide-bandgap semiconductor nphys3711-f2

Se ha observado una conmutación on/off, transición de un estado conductor a uno no conductor, en la escala de los petahercios (1015 Hz). Para observarla hay que usar pulsos ópticos en el régimen de los 100 attosegundos (10−16 segundos). Ya había indicios teóricos que hacían sospechar que las transiciones en GaN podían ser muy rápidas, pero hasta ahora no habían podido ser medidas en laboratorio.

Dibujo20160413 experimental setup Petahertz optical drive with wide-bandgap semiconductor nphys3711-f1s

La figura que abre esta entrada ilustra el esquema de la transición entre las bandas de conducción (CB) y de valencia (VB) en GaN. Para excitarla se han usado pulsos ópticos en el infrarrojo cercano (NIR) de pocos ciclos, en el régimen de los attosegundos (IAP). Se han observado las oscilaciones dipolares entre los electrones y los huecos en el GAN con un periodo de unos 860 as, que corresponden a una frecuencia dipolar de 1,16 PHz. La figura justo encima de este texto muestra el esquema experimental. Lo importante es que se puede reproducir fácilmente en un laboratorio especializado, lo que dará pie a futuros trabajos sobre esta tecnología.

En resumen, por primera vez hemos alcanzado el régimen de los petahercios en una transición ‘0’ a ‘1’ en un semiconductor. Hemos puesto la primera piedra de un largo camino empedrado que nos llevará a los ordenadores ultrarrápidos del futuro.

4 Comentarios

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TarmacTarmac

Hola Buenas
Suelo leer las entradas de naukas y me gusta mucho lo claro que explicais las cosas y por el buen trabajo que haceis, pero mi comentario es que tengo una duda con una revista antigua de 1990 (Revista Española de Electronica Nº433) en la seccion de noticias ponia lo siguiente:
EEUU
La aleacion de Ge-Si permite realizar un transistor de 75.000 Ghz
Investigadores del Centro Thomas J Watson anuncian que han desarrrollado un metodo mejorado para hacer crecer capas de cristal de germanio sobre silicio con lo que se podria lograr la fabricacion de una aleacion de Si-Ge
Anteriormente la propia IBM habia anunciado que, con silicio enriquecido con un pequeñisimo porcentaje de germanio, habia fabricado el transitor experimental mas rapido del mundo que funcionaba a 75 000 Ghz, con una velocidad superior a la mas elevada que jamas se hubiera logrado. El problemaque se presentaba era que, al realizar el crecimiento de cristales de germanio al alcanzar el espesor de 3 atomos, se creaban esferas microscopicas que convertian el producto en totalmente inservible para la electronica. Los investigadores de IBM han descubierto la forma de evitar tal inconveniente. Crean una capa de silicio y antes de cubrirla con otra de germanio, intercalan una de antimonio. el antimonio cambia las propiedades de la superficie de silicio y la convierten en quimicamente mas estable. De esta forma, el germanio puede crecer de forma adecuada. En los laboratorios de IBM, mediante un haz molecular epitaxial, se han hecho crecer capas de germanio, de diez atomos, sobre el silicio con una union perfecta. La aleacion de de Ge-Si combinada con antimonio ha de permitir importantes aplicaciones en transistores, laseres, fotodetectores y diodos

He consultado esta pagina
https://www.research.ibm.com/labs/watson/
y no he encontrado nada de este transistor de 1990 a 75 Thz
se que para estas cosas y mas de 26 años de antiguedad internet no es lo mejor
la unica cosa que he encontrado sobre el antomonio es una tesis del 2009 de la universidad de cadiz, por eso lo busco cada cierto tiempo (¿quizas 6 años?) me puedo pasar otros 20 años mas sin saber si lo de IBM era real o no

Gracias por la atencion y perdon por las faltas ortograficas

TeleTele

Teniendo en cuenta que la velocidad de la luz es finita, cual es la máxima frecuencia a la que puede funcionar un transistor?
Soy un completo ignorante en esto

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