美研制出首個(gè)以激子為基礎(chǔ)的電路

　　美國(guó)加州大學(xué)圣迭戈分校的物理學(xué)家證明，一種稱為激子（exci鄄tons）的粒子，因其在衰變時(shí)可發(fā)出閃光，有可能被應(yīng)用于一種新形態(tài)的運(yùn)算，從而加快通信速度。該校物理教授萊昂尼德.布托夫及其同事，已制造出數(shù)個(gè)基于激子的晶體管，這些晶體管有望成為新型電腦的基本模塊，他們所裝配出的電路也成為世界上第一個(gè)使用激子的運(yùn)算裝置。該成果發(fā)表在本周的《科學(xué)》雜志網(wǎng)絡(luò)版上。 

　　晶體管是電子設(shè)備的基本模塊，目前均使用電子來(lái)傳遞計(jì)算所需的信號(hào)。但幾乎所有的通信設(shè)備都使用光或光子來(lái)傳送信號(hào)，信令語(yǔ)言需要從電子轉(zhuǎn)換成光子，因而限制了電子設(shè)備的運(yùn)行速度。 

　　布托夫稱，新型晶體管使用激子來(lái)處理信號(hào)，如同電子一樣可由電壓來(lái)控制，但并不需要在電路的輸出端轉(zhuǎn)換成光子。由光在砷化鎵之類的半導(dǎo)體中制造出來(lái)的激子，可將帶負(fù)電的電子從一個(gè)帶正電的空穴中分離。如果這一對(duì)仍有連接，它就會(huì)形成激子。當(dāng)電子與空穴重新結(jié)合時(shí)，激子就會(huì)衰變，其能量將以一道閃光釋出。

　　布托夫等人使用了一種特別類型的激子，電子與其空穴被限制在相距數(shù)個(gè)納米的不同量子阱。這樣的設(shè)置創(chuàng)造出了利用電極提供電壓來(lái)控制激子流動(dòng)的機(jī)會(huì)。這些電壓“門”制造出的能量沖擊，能夠暫停激子的移動(dòng)或允許它們的流動(dòng)。一旦能量壁壘被移除，激子就能夠行進(jìn)到晶體管的輸出端，并轉(zhuǎn)換成光，直接饋入通信電路，排除了轉(zhuǎn)換信號(hào)的需要。研究人員表示，這種激子到光子的直接耦合，橋接了運(yùn)算與通信之間的缺口。 

　　科學(xué)家們通過將激子晶體管結(jié)合形成數(shù)種類型的開關(guān)，從而創(chuàng)造出一種簡(jiǎn)單的集成電路，它能精確地指揮信號(hào)沿著一個(gè)或數(shù)個(gè)路徑前進(jìn)。因?yàn)榧ぷ拥乃俣群芸?，所以這些開關(guān)能迅速翻轉(zhuǎn)。到目前為止已證明可實(shí)現(xiàn)200皮秒（1皮秒為1萬(wàn)億分之一秒）量級(jí)的切換時(shí)間。雖然激子運(yùn)算本身也許并沒有電子電路來(lái)得快，不過當(dāng)信號(hào)送往另一臺(tái)機(jī)器，或在一個(gè)芯片上以光學(xué)連接的不同部位間傳遞時(shí)，速度優(yōu)勢(shì)就會(huì)顯現(xiàn)出來(lái)。 

　　布托夫等人所研制的電路表明，激子可用來(lái)進(jìn)行運(yùn)算，但在實(shí)際應(yīng)用時(shí)將需要使用不同的材料。砷化鎵激子電路只能在低于40K（-233℃）的寒冷溫度下運(yùn)行，這是因激子結(jié)合能而產(chǎn)生的限制。溫度高于此，電子將不會(huì)與它們的空穴結(jié)合而在結(jié)構(gòu)中形成激子。研究人員表示，通過選擇不同半導(dǎo)體材料可增加運(yùn)行溫度。