俄罗斯团队研发世界上最小最快的纳米激子晶体管

漫威电影中的蚁人是如何从他小小的身体中产生如此强大的能量的？秘密在于他衣服上的晶体管，这些晶体管可以放大微弱的信号进行处理。以传统方式放大电信号的晶体管会损失热能并限制信号传输速度，从而降低性能。如果有可能克服这些限制，制造出一套轻便小巧但不损失热能的高性能西装，会怎么样？

由物理系的Kyoung Duck Park教授和Yeonjeong Koo教授组成的POSTECH团队，以及由Vasily Kravtsov教授领导的俄罗斯ITMO大学团队，共同开发了一种纳米激子晶体管，该晶体管利用异质结构半导体中的层内和层间激子，解决了现有晶体管的局限性。这项研究最近发表在《ACS Nano》杂志上。

激子负责半导体材料的发光，并且由于光和处于电中性状态的材料之间的自由转换，激子是开发发热较少的下一代发光元件和量子信息技术光源的关键。

半导体异质双层中有两种类型的激子，这是两种不同半导体单层的堆叠：水平方向的层内激子和垂直方向的层间激子。

两个激子发射的光信号具有不同的光照、持续时间和相干时间。这意味着对这两个光学信号的选择性控制可以实现两位激子晶体管的开发。然而，由于半导体异质结构的不均匀性和层间激子的低发光效率以及光的衍射极限，在纳米尺度空间中控制层内和层间的激子是具有挑战性的。

该团队在之前的研究中提出了通过用纳米级尖端压制半导体材料来控制纳米级空间中激子的技术。这一次，研究人员首次能够在不直接接触激子的情况下，基于尖端上的偏振光远程控制激子的密度和亮度效率。这种方法结合了光子纳米腔和空间光调制器，其最显著的优点是可以可逆地控制激子，最大限度地减少对半导体材料的物理损伤。此外，使用光的纳米激子晶体管可以帮助以光速处理大量数据，同时最大限度地减少热能损失。

人工智能（AI）以比我们预期的更快的速度进入我们的生活，它需要大量的数据才能提供对用户有实际帮助的好答案。随着越来越多的领域使用人工智能，应该收集和处理越来越多的信息。这项研究有望提出一种适合数据爆炸时代的新数据处理策略。该研究论文的共同第一作者之一Yeonjeong Koo表示，“纳米激子晶体管有望在实现光学计算机方面发挥不可或缺的作用，这将有助于处理人工智能技术驱动的大量数据。”