Исследователи из Швейцарской высшей технической школы Цюриха построили экспериментальную модель транзистора на одной молекуле. Мечта ученых – оптический компьютер стал на один шаг ближе!

Соединения интернета и сами компьютеры нуждаются в качественном прорыве, который позволит сделать их быстрее и мощнее. Все «упирается» в центральные процессоры, которые существенно ограничивают производительность систем, поскольку во время работы выделяют громадное количество тепла. В самом процессоре за это ответственны, в основном, миллионы транзисторов, которые усиливают и переключают электронные сигналы. Каждый квадратный сантиметр микросхемы центрального процессора может генерировать до 125 ватт тепла, что на порядок больше, чем такой же по площади участок кухонной электроплитки. Вот это и есть основная причина того, что ученые многие годы пытаются найти способы создания интегральных систем, работающих не на электронах, а на фотонах.

Вид экспериментальной установки, созданной исследователями (фото авторов работы).

В созданном учеными транзисторе луч лазера управляет мощностью излучения другого лазера, сфокусированного на одиночные молекулы красителя тетрадекана, помещенные в органическую жидкость. С помощью жидкого гелия система охлаждается до минус 272 С, то есть примерно 1 К, после чего образуется своеобразная кристаллическая «матрица», и отдельные молекулы становятся удобными мишенями для лазера.

При попадании лазерного луча на молекулу тетрадекана, находящуюся в основном состоянии, мощность «выходного» излучения снижается за счет поглощения. Однако под действием управляющего сфокусированного луча, переводящего молекулу в возбужденное состояние, упомянутая мощность резко возрастает (явление стимулированного излучения, описано еще Эйнштейном). Устройство, таким образом, выполняет функции транзистора, управляемой величиной в котором служит не ток, а мощность излучения; поскольку оно реализовано всего на одной молекуле, будущие микросхемы на фотонах смогут вместить огромное количество таких транзисторов.

Результаты этой блестящей экспериментальной работы, проведенной группой нано-оптических исследований проф. физической химии Вахида Сандогдара (Vahid Sandoghdar), опубликованы в журнале Nature (A single-molecule optical transistor).

Ученые отмечают, что до создания процессоров на фотонах еще очень далеко и промышленное производство подобных транзисторов может начаться лишь в отдаленном будущем; одна лишь высокая стоимость охлаждения до криогенных температур ставит под серьезное сомнение перспективы технологии.