美研制出首個以激子為基礎的晶體管 有望應用于新型電腦模塊

    美國加州大學圣迭戈分校的物理學家證明，一種稱為激子（exci鄄tons）的粒子，因其在衰變時可發出閃光，有可能被應用于一種新形態的運算，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，已制造出數個基于激子的晶體管，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使用激子的運算裝置。該成果發表在本周的《科學》雜志網絡版上。

　　晶體管是電子設備的基本模塊，目前均使用電子來傳遞計算所需的信號。但幾乎所有的通信設備都使用光或光子來傳送信號，信令語言需要從電子轉換成光子，因而限制了電子設備的運行速度。

　　布托夫稱，新型晶體管使用激子來處理信號，如同電子一樣可由電壓來控制，但并不需要在電路的輸出端轉換成光子。由光在砷化鎵之類的半導體中制造出來的激子，可將帶負電的電子從一個帶正電的空穴中分離。如果這一對仍有連接，它就會形成激子。當電子與空穴重新結合時，激子就會衰變，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個納米的不同量子阱。這樣的設置創造出了利用電極提供電壓來控制激子流動的機會。這些電壓“門”制造
出的能量沖擊，能夠暫停激子的移動或允許它們的流動。一旦能量壁壘被移除，激子就能夠行進到晶體管的輸出端，并轉換成光，直接饋入通信電路，排除了轉換信號的需要。研究人員表示，這種激子到光子的直接耦合，橋接了運算與通信之間的缺口。

　　科學家們通過將激子晶體管結合形成數種類型的開關，從而創造出一種簡單的集成電路，它能精確地指揮信號沿著一個或數個路徑前進。因為激子的速度很快，所以這些開關能迅速翻轉。到目前為止已證明可實現200皮秒（1皮秒為1萬億分之一秒）量級的切換時間。雖然激子運算本身也許并沒有電子電路來得快，不過當信號送往另一臺機器，或在一個芯片上以光學連接的不同部位間傳遞時，速度優勢就會顯現出來。

　　布托夫等人所研制的電路表明，激子可用來進行運算，但在實際應用時將需要使用不同的材料。砷化鎵激子電路只能在低于40K（-233℃）的寒冷溫度下運行，這是因激子結合能而產生的限制。溫度高于此，電子將不會與它們的空穴結合而在結構中形成激子。研究人員表示，通過選擇不同半導體材料可增加運行溫度。