Bielefeldin yliopiston professori Dmitry Turchinovichin johtama fyysikkoryhmä, yhteistyössä Leibniz-instituutin (IFW Dresden) tutkijoiden kanssa, on saavuttanut merkittävän läpimurron nanoelektroniikassa, joka voi mullistaa tekoälylaitteistojen toteutustavat.
Nature Communications -lehdessä 5.6.2025 julkaistu tutkimus esittelee uuden menetelmän atominohuiden puolijohteiden ohjaamiseen ultralyhyillä valopulsseilla ennennäkemättömillä nopeuksilla. Tutkijat kehittivät erityisiä nanoskaalan antenneja, jotka muuntavat terahertsivalon pystysuuntaisiksi sähkökentiksi kaksiulotteisissa materiaaleissa, kuten molybdeenidisulfidissa (MoS₂).
"Perinteisesti tällaiset pystysuuntaiset sähkökentät, joita käytetään transistorien ja muiden elektronisten laitteiden kytkemiseen, tuotetaan elektronisella porttiohjauksella, mutta tämä menetelmä on perustavanlaatuisesti rajattu melko hitaisiin vasteaikoihin", selittää professori Turchinovich. "Meidän lähestymistapamme hyödyntää terahertsivaloa itsessään ohjaussignaalin tuottamiseen puolijohdemateriaalissa – mahdollistaen teollisuuteen soveltuvan, valolla ohjattavan, ultranopean optoelektronisen teknologian, joka ei aiemmin ollut mahdollista."
Tekniikka mahdollistaa elektronisten rakenteiden reaaliaikaisen ohjauksen alle pikosekunnin – biljoonasosasekunnin – aikaskaaloilla, mikä on useita kertaluokkia nopeampaa kuin perinteiset elektroniset kytkentämenetelmät. Tutkijat osoittivat, että sekä materiaalin optisia että elektronisia ominaisuuksia voidaan muokata valopulssien avulla valikoivasti.
Tutkimuksen pääkirjoittaja, Marie Skłodowska Curie -tutkijatohtori Tomoki Hiraoka professori Turchinovichin ryhmästä, oli keskeisessä roolissa kokeellisen toteutuksen osalta. Vaaditut monimutkaiset 3D-2D-nanoantennit valmistettiin IFW Dresdenissä tohtori Andy Thomasin johtaman tiimin toimesta.
Tämä innovaatio voi merkittävästi vaikuttaa tekoälylaitteistoihin mahdollistamalla huomattavasti nopeammat ja energiatehokkaammat laskentajärjestelmät. Ultranopeat kytkentäominaisuudet voivat johtaa uuden sukupolven signaalinohjauslaitteisiin, elektronisiin kytkimiin ja sensoreihin, jotka ovat kriittisiä edistyneille tekoälysovelluksille, joissa vaaditaan äärimmäistä prosessointinopeutta.
Teknologialla on potentiaalia sovelluksiin useilla aloilla, kuten nopeassa tiedonsiirrossa, kehittyneissä tietokonearkkitehtuureissa, kuvantamisjärjestelmissä ja kvanttiteknologioissa – kaikissa niissä, jotka ovat keskeisiä seuraavan sukupolven tekoälyinfrastruktuurissa ja vaativat yhä nopeampaa prosessointikykyä.