湖南
在追求更快计算机技术的道路上，科学家们取得了一项重大突破。通过开发基于等离子体共振器的更快、基于光的芯片，他们为计算机芯片的未来开辟了新的可能性。这项由德国和丹麦大学合作的研究，成功实现了光天线的电控调制，并将量子力学整合进经典物理模型中，预示着深远的技术影响。
当前的计算机在速度上已达到物理极限。半导体组件通常以几GHz的最大可用频率运行，相当于每秒数十亿次的计算操作。因此，现代系统依赖多个芯片来分担计算任务，因为单个芯片的速度无法进一步提高。然而，如果计算机芯片中使用光（光子）而非电（电子），它们的速度可能快达1000倍。
等离子体共振器，也称为“光的天线”，是实现这一速度飞跃的有前途方式。这些纳米级金属结构中，光与电子相互作用。根据它们的几何形状，它们可以与不同的光频率相互作用。
“挑战在于，等离子体共振器还不能像传统电子学中的晶体管那样有效调制。这阻碍了基于光的快速开关的发展，”德国班贝格朱利叶斯-马克西米利安大学（JMU）的物理学家Thorsten Feichtner博士说。
JMU的研究团队与丹麦南部大学（SDU）合作，现在在光天线的调制方面迈出了重要一步：他们成功实现了指向超快速等离子体和更快计算机芯片的电控调制。这些实验已发表在《科学进展》杂志上。
与试图改变整个共振器不同，团队专注于改变其表面特性。这一突破是通过电接触单个共振器实现的，这是一个由金制成的纳米棒——这个想法概念上简单，但只能在基于氦离子束和金纳米晶体的复杂纳米制造的帮助下实现。这种独特的制造方法已在JMU实验物理（生物物理）教席下由Bert Hecht教授指导建立。使用锁相放大器的复杂测量技术对于检测共振器表面微小但重要的影响至关重要。
到目前为止，光学天线几乎总是可以用经典方法描述：金属的电子在纳米颗粒的边缘简单地停止，就像水在海港墙边停止一样。然而，由Würzburg科学家进行的测量揭示了共振的变化，这已无法用经典术语解释：电子“模糊”在金属和空气之间的边界上，导致柔和、渐变的过渡，类似于沙滩与大海相遇。
为了解释这些量子效应，SDU Odense的理论家开发了一个半经典模型。它将量子属性整合到一个表面参数中，以便可以使用经典方法进行计算。“通过扰动表面的响应函数，我们结合了经典和量子效应，创建了一个统一的框架，推进了我们对表面效应的理解，”JMU物理学家、该研究的第一作者Luka Zurak解释说。
新模型可以复现实验，但目前尚不清楚金属表面涉及的许多量子效应中哪一个。“但通过这项研究，现在首次可以专门设计新的天线，并排除或放大单个量子效应，”Feichtner说。
从长远来看，研究人员设想了更多的应用：更小的共振器承诺具有高效率的光学调制器，这在技术上可以利用。此外，还可以使用所呈现的系统研究催化过程中表面电子的影响。这将为能源转换和能源存储技术提供新的见解。
这项研究为计算机芯片技术的未来提供了激动人心的可能性。通过使用等离子体共振器，科学家们朝着制造速度更快、效率更高的计算机芯片迈出了重要一步。我们邀请您在评论区分享您对这项技术的看法，以及您对未来计算机技术发展的期待。
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