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科学家首次在一块电子芯片上成功整合光与电

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核心提示:科学家首次在一块电子芯片上整合了电子和光的性质,并开发出一系列基于这种芯片的创新型设备,为制造混合光电逻辑元件提供了一种可升级平台,也代表了未来光电计算机制造中的一项关键性突破。

“人们相信,最好的计算机是用电信号来处理而用信号来传输。”美国东北大学物理学副教授斯瓦迪克·卡尔说。为此人们迫切需要一种芯片整合设备,既能用光输入,也能用电输入来进行逻辑操作。

美国东北大学和韩国庆熙大学科学家共同发表在最新一期《自然·光子学》杂志上的论文显示,他们首次在一块电子芯片上整合了电子和光的性质,并开发出一系列基于这种芯片的创新型设备,为制造混合光电逻辑元件提供了一种可升级平台,也代表了未来光电计算机制造中的一项关键性突破。

去年,卡尔和本校机械与工业工程系副教授容俊中(音译)合作发现,如果把碳纳米管和硅连接,其界面上产生光感应电流的速度比传统光电二极管中的硅—金属界面更快。“这种能让电流‘突然激增’的性质有助于我们设计出用光开关的先进设备。”卡尔说。

据物理学家组织网2月25日报道,他们利用这一发现,开发出一种新的基于光电二极管的逻辑设备,用碳纳米管和硅的混合连接,就可以用光和电两种输入来操控输出电流。他们还与韩国庆熙大学教授权永昆(音译)合作,运行了这些连接的计算模型。

这些新开发的创新型设备包括三种新元件和一个升级设备。第一种是“与门”(AND-gate),需要同时有电子和光输入而产生一个输出,这种开关要两因素同时具备才会触发;第二种是“或门”(OR-gate),只要两个感光器其中之一输入,就会产生一个输出;第三种是一个4-比特光电数字—模拟转换器,可用于把数字信号转换为模拟信号,比如把MP3文件的数字内容转换成真实音乐,这种能力非常重要。

升级设备是把25万个微芯片集成在一个约1厘米见方的晶片上,就像一个摄像机传感器的前端。虽然这种设备要充分发挥功能还要更多微芯片,但目前可用来测试他们的汇编程序是否可重复。

研究人员指出,计算机即使要输出最简单的结果,每秒钟也得处理数十亿次计算步骤。如果每一步都能快一点点会怎样?卡尔说,要提高它们处理这些步骤的能力,就要从只提高一步开始,这就是我们所做的。(来源:科技日报 记者 常丽君)

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