Группа физиков под руководством профессора Дмитрия Турчиновича из Университета Билефельда, в сотрудничестве с исследователями из Института физики твёрдого тела и материаловедения Лейбница (IFW Dresden), достигла значительного прорыва в области наноэлектроники, который может изменить подходы к реализации аппаратного обеспечения искусственного интеллекта.
Исследование, опубликованное 5 июня 2025 года в журнале Nature Communications, демонстрирует новый метод управления атомарно тонкими полупроводниками с помощью ультракоротких световых импульсов на беспрецедентных скоростях. Команда разработала специализированные наноантенны, которые преобразуют терагерцовый свет в вертикальные электрические поля внутри двумерных материалов, таких как дисульфид молибдена (MoS₂).
«Традиционно такие вертикальные электрические поля, используемые для переключения транзисторов и других электронных устройств, создаются с помощью электронного затвора, однако этот метод принципиально ограничен относительно медленным временем отклика», — объясняет профессор Турчинович. — «Наш подход использует сам терагерцовый свет для генерации управляющего сигнала внутри полупроводникового материала, что позволяет реализовать совместимую с промышленностью, управляемую светом, ультрабыструю оптоэлектронную технологию, которая ранее была невозможна».
Эта технология позволяет управлять электронными структурами в реальном времени на временных масштабах менее пикосекунды — одной триллионной доли секунды, что на порядки быстрее традиционных электронных методов переключения. Исследователи продемонстрировали, что как оптические, так и электронные свойства материала могут избирательно изменяться с помощью этих световых импульсов.
Доктор Томоки Хираока, ведущий автор исследования и стипендиат программы Марии Склодовской-Кюри в группе профессора Турчиновича, сыграл ключевую роль в экспериментальной реализации. Сложные 3D-2D наноантенны, необходимые для получения эффекта, были изготовлены в IFW Dresden командой под руководством доктора Энди Томаса.
Это нововведение имеет важные последствия для аппаратного обеспечения ИИ, потенциально позволяя создавать гораздо более быстрые и энергоэффективные вычислительные системы. Возможности ультрабыстрого переключения могут привести к появлению новых поколений устройств управления сигналами, электронных переключателей и датчиков, критически важных для передовых приложений ИИ, требующих экстремальных скоростей обработки данных.
Технология обещает широкое применение в различных областях, включая высокоскоростную передачу данных, передовые вычислительные архитектуры, системы визуализации и квантовые технологии — все эти направления являются ключевыми элементами инфраструктуры ИИ следующего поколения, для которой необходимы всё более высокие скорости обработки.