Et hold af fysikere ledet af professor Dmitry Turchinovich ved Bielefeld Universitet, i samarbejde med forskere fra Leibniz Institut for Faststof- og Materialeforskning Dresden (IFW Dresden), har opnået et betydningsfuldt gennembrud inden for nanoelektronik, som kan forvandle implementeringen af AI-hardware.
Forskningen, offentliggjort i Nature Communications den 5. juni 2025, demonstrerer en ny metode til at kontrollere atomart tynde halvledere ved hjælp af ultrakorte lyspulser med hidtil usete hastigheder. Holdet har udviklet specialiserede nanoantenner, der omdanner terahertz-lys til vertikale elektriske felter i todimensionelle materialer såsom molybdændisulfid (MoS₂).
"Traditionelt påføres sådanne vertikale elektriske felter, der bruges til at skifte transistorer og andre elektroniske enheder, via elektronisk gating, men denne metode er grundlæggende begrænset til relativt langsomme responstider," forklarer professor Turchinovich. "Vores tilgang bruger selve terahertz-lyset til at generere styresignalet inde i halvledermaterialet – hvilket muliggør en industrikompatibel, lysdrevet, ultrahurtig optoelektronisk teknologi, som hidtil ikke har været mulig."
Teknikken gør det muligt at styre elektroniske strukturer i realtid på tidsskalaer under en pikosekund – en billiontedel af et sekund – hvilket er størrelsesordener hurtigere end konventionelle elektroniske omskiftningsmetoder. Forskerne viste, at både de optiske og elektroniske egenskaber i materialet selektivt kan ændres ved hjælp af disse lyspulser.
Dr. Tomoki Hiraoka, hovedforfatter på studiet og Marie Skłodowska Curie Fellow i professor Turchinovichs gruppe, spillede en nøglerolle i den eksperimentelle udførelse. De komplekse 3D-2D nanoantenner, der var nødvendige for at skabe effekten, blev fremstillet på IFW Dresden af et hold ledet af Dr. Andy Thomas.
Denne innovation har stor betydning for AI-hardware og kan potentielt muliggøre langt hurtigere og mere energieffektive computersystemer. De ultrahurtige omskiftningsmuligheder kan føre til nye generationer af signalkontrolenheder, elektroniske omskiftere og sensorer, som er afgørende for avancerede AI-applikationer, der kræver ekstreme behandlingshastigheder.
Teknologien viser lovende muligheder for implementering inden for en række områder, herunder højhastigheds-datatransmission, avancerede computerarkitekturer, billedsystemer og kvanteteknologier – alle vigtige komponenter i næste generations AI-infrastruktur, som stiller stadig større krav til behandlingshastighed.