نسل جديد ترانزيستورها و افزايش ۱۰۰ برابري سرعت پردازش‌ها در آينده
پژوهشگران موفق به توسعه نوع جديدي از ترانزيستورها ليزري شده‌اند كه مي‌تواند بين دو حالت پايدار انرژي يعني حالت‌هاي الكترونيك و فوتونيك جابجا شود. اين ترانزيستورها مي‌توانند در آينده باعث افزايش سرعت جابجايي اطلاعات تا ۱۰۰ برابر دستگاه‌هاي ديجيتالي امروزي شوند.
نمونه‌ي اوليه اين ترانزيستور كه آن را ترانزيستور دوحالته مي‌نامند، توانايي جابجايي متناوب بين خروجي‌هاي اپتيكي و الكتريكي را دارد. اين توانايي امكان فراهم شدن توسعه سيستم‌هاي كامپيوتري نوري را مهيا كرده است كه در آنها داده‌ها در درون مواد نيمه‌رسانا از طريق فوتون‌ها جابجا مي‌شوند . ميلتون فِنگ مهندس ميكروالكترونيك از دانشگاه ايلي نويز مي‌گويد:
ساختن يك ترانزيستور كه داراي ويژگي پايداري در دو حالت اپتيكي و الكتريكي باشد و استفاده از آن در چيپ‌هاي كامپيوتري مي‌تواند سرعت پردازش را به‌صورت چشمگيري افزايش دهد. اين سرعت بالا به دليل نبود اشكالات تداخلي است كه در ترانزيستورهاي الكتروني وجود دارد.
در دستگاه‌هاي الكترونيكي رايج، ميكروچيپ‌ها از ميلياردها كليد كوچك به نام ترانزيستور ساخته‌شده‌اند كه همانند يك دروازه، جريان الكترون‌هاي عبوري از مدار مجتمع را كنترل مي‌كنند.
اشكال اين مدل‌ها كه ده‌ها سال است به‌خوبي در دستگاه‌هاي الكترونيكي كار مي‌كنند، اين است كه كامپيوترهاي مدرن امروزي بسيار سريع‌تر و قدرتمندتر شده‌اند كه اين امر به‌ناچار باعث افزايش تعداد ترانزيستورها شده است.
بر اساس قانون مور، تعداد ترانزيستورها در مدار مجتمع هرساله ۲ برابر خواهد شد. اين قانون از سال ۱۹۶۰ كه براي اولين بار توسط گوردون مور، بنيان‌گذار اينتل مطرح‌شده است، تاكنون برقرار بوده است؛ اما اشكالات متخصص گسترده، به عنوان عاملي شناخته شده تا برقراري اين قانون در سال‌هاي آينده را با اشكال مواجه كند. درصورتي‌كه راه‌حلي جديدي براي توسعه‌ي ترانزيستورها مطرح نشود، به‌زودي شاهد ثابت ماندن قدرت پردازش پردازنده‌ها خواهيم بود.
ترانزيستورهاي امروزي به‌قدري كوچك هستند كه ديگر امكان تقسيم آنها با توجه به قانون مور وجود ندارد. همچنين راندمان مصرف انرژي ترانزيستورهاي الكترون پايه در صورت برقرار بودن قانون مور در آينده، جاي نگراني و تأمل دارد.
در سوي ديگر دانشمندان در تلاش‌اند كه كامپيوترهايي برپايه‌ي نور توسعه دهند. نور سرعت بسيار بالاتري نسبت به الكترون‌ها دارد و مي‌تواند مسافت بيشتري را در مدار مجتمع طي كند. اين امر موجب شده است كه تمايل به سمت توسعه پردازنده‌هاي فوتونيكي نسبت به پردازنده‌هاي الكترونيكي بيشتر و بيشتر شود.
ميلتون فِنگ و همكارش، در سال ۲۰۰۴ براي اولين بار ايده‌ي ترانزيستورهاي ليزري را مطرح كردند؛ قطعات نيمه‌رسانايي كه خروجي دوگانه الكتريكي و اپتيكي دارد. او در سال ۲۰۱۶ بيان مي‌كند كه:
در حال حاضر سريع‌ترين راه براي تغيير در مواد نيمه‌رسانا از طريق پرش الكترون‌ها در ميان باندهاي مختلف در ماده و طي فرآيندي كه آن را تونل ساختن مي‌گويند، امكان‌پذير است.فوتون‌ها طي فرآيندي كه نام آن حمايت فوتوني درون حفره‌اي در فرايند تونل‌سازي است، به الكترون‌ها در جابجايي كمك مي‌كنند كه اين عمل باعث افزايش سرعت دستگاه‌ها مي‌شود.
در آخرين تحقيقات انجام‌شده، اين گروه به تشريح عملكرد ترانزيستورهاي ليزري مي‌پردازند كه مي‌توانند با دو سيگنال خروجي فعاليت كنند. اين ترانزيستورها براي توسعه‌ي رايانش اپتيكي بسيار حياتي هستند. باوجود ويژگي‌هاي مطرح‌شده، محققان بيان مي‌كنند كه الكترون‌ها همچنان در آينده‌ي طراحي چيپ‌ها نقش مهمي دارند.
حذف كردن الكترون‌ها به‌صورت كامل امكان‌پذير نيست. اين اشكالي است كه در تمام ايده‌هاي مطرح‌شده در مورد كامپيوترهاي اپتيكي وجود دارد؛ زيرا همه‌ي سيستم‌هاي كامپيوتر به‌صورت اپتيكي ساخته نشده‌اند و شما نياز به اتصال به يك واحد پردازشي و سپس تبديل آن به نور داريد.
در مطالعات جديد، محققان جزييات چگونگي رسيدن به اين ترانزيستور دوحالته و شرايط كاري آن در دماي منفي ۵۰ درجه سانتي‌گراد را بيان كرده‌اند.
همچنين آنها ادعا مي‌كنند كه دستگاهي را ساخته‌اند كه مي‌تواند در دماي محيط كار كند. اين دستاورد بسيار مهمي جهت استفاده از اين ترانزيستورها در دستگاه‌هاي واقعي است. محققان جزييات نتايج اين مطالعات را در مقالات آينده به اشتراك خواهند گذاشت.
اينكه چه زماني اين فناوري درموبايل‌هاي هوشمند و نوت‌بوك‌ها استفاده خواهد شد، واضح نيست؛ اما مطمئنا استفاده از ميلياردها ترانزيستور ليزري در ميكرو چيپ‌ها، امكان هر نوع پردازشي را در آينده فراهم خواهد كرد.
نتايج اين يافته‌ها در مجله Applied Physics گزارش شده است.
هم انديشي ها