Zespół fizyków pod kierownictwem profesora Dmitrija Turchinovicha z Uniwersytetu w Bielefeld, we współpracy z naukowcami z Instytutu Leibniza ds. Badań Materiałów Stałych i Materiałoznawstwa w Dreźnie (IFW Dresden), osiągnął znaczący przełom w dziedzinie nanoelektroniki, który może odmienić implementacje sprzętu AI.
Badania opublikowane 5 czerwca 2025 roku w Nature Communications prezentują nowatorską metodę kontroli półprzewodników o grubości pojedynczych atomów za pomocą ultrakrótkich impulsów świetlnych o niespotykanej dotąd szybkości. Zespół opracował specjalistyczne nanoanteny, które przekształcają światło terahercowe w pionowe pola elektryczne w dwuwymiarowych materiałach, takich jak disiarczek molibdenu (MoS₂).
"Tradycyjnie takie pionowe pola elektryczne, wykorzystywane do przełączania tranzystorów i innych urządzeń elektronicznych, są stosowane za pomocą bramek elektronicznych, jednak ta metoda jest z natury ograniczona do stosunkowo wolnych czasów reakcji" – wyjaśnia profesor Turchinovich. "Nasze podejście wykorzystuje samo światło terahercowe do generowania sygnału sterującego wewnątrz materiału półprzewodnikowego – umożliwiając kompatybilną z przemysłem, sterowaną światłem, ultraszybką technologię optoelektroniczną, która dotąd nie była możliwa."
Technika ta pozwala na kontrolę struktur elektronicznych w czasie krótszym niż pikosekunda – bilionowa część sekundy – co stanowi rząd wielkości szybszy niż konwencjonalne metody przełączania elektronicznego. Naukowcy wykazali, że zarówno właściwości optyczne, jak i elektroniczne materiału mogą być selektywnie zmieniane za pomocą tych impulsów świetlnych.
Dr Tomoki Hiraoka, główny autor publikacji i stypendysta programu Marie Skłodowska-Curie w zespole profesora Turchinovicha, odegrał kluczową rolę w realizacji eksperymentu. Złożone nanoanteny 3D-2D niezbędne do uzyskania efektu zostały wytworzone w IFW Dresden przez zespół kierowany przez dr. Andy'ego Thomasa.
Ta innowacja ma ogromne znaczenie dla sprzętu AI, potencjalnie umożliwiając znacznie szybsze i bardziej energooszczędne systemy obliczeniowe. Ultraszybkie możliwości przełączania mogą doprowadzić do powstania nowych generacji urządzeń do kontroli sygnału, przełączników elektronicznych i sensorów kluczowych dla zaawansowanych zastosowań AI wymagających ekstremalnych prędkości przetwarzania.
Technologia ta ma potencjał wdrożenia w wielu dziedzinach, w tym w ultraszybkiej transmisji danych, zaawansowanych architekturach komputerowych, systemach obrazowania oraz technologiach kwantowych – wszystkich kluczowych elementach infrastruktury AI nowej generacji, która wymaga coraz szybszych możliwości przetwarzania.