Група фізиків під керівництвом професора Дмитра Турчиновича з Білефельдського університету у співпраці з дослідниками з Інституту досліджень твердого тіла та матеріалів Лейбніца у Дрездені (IFW Dresden) досягла значного прориву в наноелектроніці, який може змінити підходи до впровадження апаратного забезпечення для штучного інтелекту.
Дослідження, опубліковане в журналі Nature Communications 5 червня 2025 року, демонструє новий метод керування атомарно тонкими напівпровідниками за допомогою ультракоротких світлових імпульсів із небаченою раніше швидкістю. Команда розробила спеціалізовані наномасштабні антени, які перетворюють терагерцове світло на вертикальні електричні поля у двовимірних матеріалах, таких як дисульфід молібдену (MoS₂).
"Традиційно такі вертикальні електричні поля, які використовуються для перемикання транзисторів та інших електронних пристроїв, створюються за допомогою електронного затвору, але цей метод має фундаментальні обмеження щодо швидкості реакції," пояснює професор Турчинович. "Наш підхід використовує саме терагерцове світло для генерації керуючого сигналу всередині напівпровідникового матеріалу — це дозволяє створити сумісну з промисловістю, керовану світлом, надшвидку оптоелектронну технологію, яка раніше була неможливою."
Ця техніка забезпечує керування електронними структурами в реальному часі на часових масштабах менше однієї пікосекунди — однієї трильйонної частки секунди — що на порядки швидше за традиційні електронні методи перемикання. Дослідники продемонстрували, що як оптичні, так і електронні властивості матеріалу можна вибірково змінювати за допомогою цих світлових імпульсів.
Доктор Томокі Хіраока, провідний автор дослідження та стипендіат програми Марії Склодовської-Кюрі у групі професора Турчиновича, відіграв ключову роль в експериментальній реалізації. Складні 3D-2D наноантени, необхідні для отримання цього ефекту, були виготовлені в IFW Dresden командою під керівництвом доктора Енді Томаса.
Це нововведення має велике значення для апаратного забезпечення ШІ, потенційно дозволяючи створювати значно швидші та енергоефективніші обчислювальні системи. Надшвидкі можливості перемикання можуть привести до появи нових поколінь пристроїв керування сигналами, електронних перемикачів і сенсорів, що є критично важливими для передових застосувань ШІ, які потребують екстремальних швидкостей обробки.
Технологія має перспективи впровадження у різних сферах, зокрема у високошвидкісній передачі даних, передових обчислювальних архітектурах, системах візуалізації та квантових технологіях — усіх ключових компонентах інфраструктури ШІ наступного покоління, яка вимагає все більшої швидкості обробки.