Tým fyziků vedený profesorem Dmitrijem Turčinovičem z Univerzity v Bielefeldu, ve spolupráci s vědci z Leibnizova institutu pro výzkum pevných látek a materiálů v Drážďanech (IFW Dresden), dosáhl významného průlomu v nanoelektronice, který by mohl zásadně proměnit implementaci hardwaru pro umělou inteligenci.
Výzkum, publikovaný 5. června 2025 v časopise Nature Communications, představuje novou metodu řízení atomárně tenkých polovodičů pomocí ultrakrátkých světelných pulzů s dosud nevídanou rychlostí. Tým vyvinul speciální nanoantény, které přeměňují terahertzové světlo na vertikální elektrická pole uvnitř dvourozměrných materiálů, jako je disulfid molybdeničitý (MoS₂).
"Tradičně se taková vertikální elektrická pole, používaná k přepínání tranzistorů a dalších elektronických zařízení, vytvářejí elektronickým řízením, což je však zásadně omezeno na poměrně pomalé odezvy," vysvětluje profesor Turčinovič. "Náš přístup využívá samotné terahertzové světlo k vytvoření řídicího signálu uvnitř polovodičového materiálu – což umožňuje průmyslově kompatibilní, světlem řízenou, ultrarychlou optoelektronickou technologii, která dosud nebyla možná."
Tato technika umožňuje řídit elektronické struktury v reálném čase v řádu kratším než pikosekunda – tedy biliontina sekundy – což je o několik řádů rychlejší než běžné elektronické přepínací metody. Vědci prokázali, že jak optické, tak elektronické vlastnosti materiálu lze selektivně měnit pomocí těchto světelných pulzů.
Doktor Tomoki Hiraoka, hlavní autor studie a stipendista Marie Skłodowska Curie v týmu profesora Turčinoviče, sehrál klíčovou roli v experimentální realizaci. Komplexní 3D-2D nanoantény potřebné k dosažení tohoto efektu byly vyrobeny v IFW Dresden týmem vedeným doktorem Andym Thomasem.
Tato inovace má zásadní dopady na hardware pro umělou inteligenci a může umožnit mnohem rychlejší a energeticky efektivnější výpočetní systémy. Ultrarychlé přepínací schopnosti mohou vést k nové generaci zařízení pro řízení signálu, elektronických spínačů a senzorů, které jsou klíčové pro pokročilé AI aplikace vyžadující extrémní rychlosti zpracování.
Technologie má potenciál pro využití v různých oblastech, včetně vysokorychlostního přenosu dat, pokročilých výpočetních architektur, zobrazovacích systémů a kvantových technologií – tedy ve všech klíčových součástech infrastruktury nové generace AI, která vyžaduje stále rychlejší zpracování.