Een team van natuurkundigen onder leiding van professor Dmitry Turchinovich aan de Universiteit van Bielefeld, in samenwerking met onderzoekers van het Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (IFW Dresden), heeft een belangrijke doorbraak bereikt in de nano-elektronica die de implementatie van AI-hardware ingrijpend kan veranderen.
Het onderzoek, gepubliceerd in Nature Communications op 5 juni 2025, toont een nieuwe methode om atomaire dunne halfgeleiders te controleren met ultrakorte lichtpulsen op ongekende snelheden. Het team ontwikkelde gespecialiseerde nano-antennes die terahertzlicht omzetten in verticale elektrische velden binnen tweedimensionale materialen zoals molybdeendisulfide (MoS₂).
"Traditioneel worden dergelijke verticale elektrische velden, die worden gebruikt om transistors en andere elektronische apparaten te schakelen, toegepast via elektronische gating, maar deze methode is fundamenteel beperkt tot relatief trage responstijden," legt professor Turchinovich uit. "Onze benadering gebruikt het terahertzlicht zelf om het stuursignaal binnen het halfgeleidermateriaal te genereren – waardoor een industrieel toepasbare, door licht aangedreven, ultrasnelle opto-elektronische technologie mogelijk wordt die tot nu toe niet haalbaar was."
De techniek maakt realtime controle van elektronische structuren mogelijk op tijdschalen van minder dan een picoseconde – één biljoenste van een seconde – wat vele ordes van grootte sneller is dan conventionele elektronische schakelmethoden. De onderzoekers toonden aan dat zowel de optische als elektronische eigenschappen van het materiaal selectief konden worden aangepast met deze lichtpulsen.
Dr. Tomoki Hiraoka, hoofdauteur van de studie en Marie Skłodowska Curie Fellow in de groep van professor Turchinovich, speelde een sleutelrol in de experimentele uitvoering. De complexe 3D-2D nano-antennes die nodig waren om het effect te produceren, werden vervaardigd bij IFW Dresden door een team onder leiding van dr. Andy Thomas.
Deze innovatie heeft grote implicaties voor AI-hardware en kan leiden tot veel snellere en energiezuinigere computersystemen. De ultrasnelle schakelmogelijkheden kunnen de weg vrijmaken voor nieuwe generaties signaalregelapparaten, elektronische schakelaars en sensoren die essentieel zijn voor geavanceerde AI-toepassingen die extreme verwerkingssnelheden vereisen.
De technologie biedt perspectief voor toepassing in uiteenlopende gebieden zoals snelle datatransmissie, geavanceerde computerarchitecturen, beeldvormingssystemen en quantumtechnologieën – allemaal cruciale onderdelen van AI-infrastructuur van de volgende generatie, die steeds snellere verwerkingsmogelijkheden vraagt.