Ett team av fysiker lett av professor Dmitry Turchinovich vid Bielefelds universitet, i samarbete med forskare från Leibniz-institutet för fasta tillståndets och materialforskning i Dresden (IFW Dresden), har uppnått ett betydande genombrott inom nanoelektronik som kan förändra implementeringen av AI-hårdvara.
Forskningen, som publicerades i Nature Communications den 5 juni 2025, demonstrerar en ny metod för att styra atomärt tunna halvledare med ultrasnabba ljuspulser i hittills oöverträffad hastighet. Teamet har utvecklat specialiserade nanoantenner som omvandlar terahertzljus till vertikala elektriska fält i tvådimensionella material såsom molybdendisulfid (MoS₂).
"Traditionellt appliceras sådana vertikala elektriska fält, som används för att slå om transistorer och andra elektroniska enheter, genom elektronisk styrning, men denna metod är i grunden begränsad till relativt långsamma svarstider," förklarar professor Turchinovich. "Vår metod använder istället terahertzljuset självt för att generera styrsignalen direkt i halvledarmaterialet – vilket möjliggör en industrikompatibel, ljusdriven och ultrahastig optoelektronisk teknik som tidigare inte varit möjlig."
Tekniken möjliggör realtidsstyrning av elektroniska strukturer på tidsnivåer under en pikosekund – en biljondels sekund – vilket är flera storleksordningar snabbare än konventionella elektroniska switchmetoder. Forskarna visade att både de optiska och elektroniska egenskaperna hos materialet kan selektivt förändras med hjälp av dessa ljuspulser.
Dr. Tomoki Hiraoka, huvudförfattare till studien och Marie Skłodowska Curie-stipendiat i professor Turchinovichs grupp, spelade en nyckelroll i den experimentella implementeringen. De komplexa 3D-2D-nanoantenner som krävdes för effekten tillverkades vid IFW Dresden av ett team lett av Dr. Andy Thomas.
Denna innovation har stor betydelse för AI-hårdvara och kan möjliggöra betydligt snabbare och mer energieffektiva datorsystem. De ultrahöga switchhastigheterna kan bana väg för nya generationer av signalkontrollenheter, elektroniska switchar och sensorer som är avgörande för avancerade AI-applikationer med extrema krav på processhastighet.
Teknologin visar även potential för tillämpning inom områden som höghastighetsdataöverföring, avancerade datorsystemarkitekturer, bildsystem och kvantteknologi – alla viktiga delar av nästa generations AI-infrastruktur som kräver allt snabbare processkapacitet.