Ultragyors technológia született budapesti kutatólaborban
A másodperc milliárdod részének milliomod részéig terjedő időskálán keltettek elektromos áramot magyar kutatók – ez a különleges eredmény akár a jövő számítógépeinek alapját is képezheti. A Hun-REN Wigner Fizikai Kutatóközpont munkatársai az ELI Lézeres Kutatóintézet kutatóival együttműködve fémek belsejében hoztak létre ultragyors áramimpulzusokat lézerfény segítségével. Az új technológia nemcsak gyorsabb, de új alapokra is helyezheti az informatikát és az optoelektronikát.
A mai számítógépek korlátai
A jelenlegi számítógépek logikai műveleteit elektromos kapcsolók, úgynevezett tranzisztorok vezérlik. Ezek kis feszültségek hatására elektromos teret hoznak létre, amely mozgatja az elektronokat és megváltoztatja az eszköz állapotát. Ez a folyamat azonban viszonylag „lassú” – a tranzisztorok működési sebessége a másodperc milliárdod részének nagyságrendjébe esik, és e határon a jelenlegi mikroelektronikai technológia nem tud túllépni.
A fény mint új áramforrás
A magyar kutatók új megközelítése szerint az elektronokat nem feszültséggel, hanem lézerfény villanásával is lehet mozgatni. A kutatás vezetője, Hanus Václav így fogalmazott:
„Azt a kérdést tettük fel, lehet-e hagyományos áramforrások helyett lézerrel áramot kelteni egy fém belsejében.”
A kutatócsoport egy mindössze néhány femtoszekundumos (a másodperc milliárdod részének milliomod része) lézerimpulzussal hajtotta meg a fém belsejében lévő elektronokat. Ezzel akár százezerszer gyorsabb logikai műveleteket is el lehet végezni a jelenlegi technológiákhoz képest.
Speciális anyagok, különleges szerkezetek
A kísérletek során a kutatók komplex, úgynevezett heterostrukturált anyagokat használtak. Ezek néhány atomi réteg vastagságú váltakozó nanométeres irídium- és zafírrétegeket tartalmaznak, és különleges atomi rétegleválasztásos technológiával készültek. Az anyagokat német kutatók állították elő, majd Budapestre szállították, ahol a legmodernebb lézeres laboratóriumokban végezték el a méréseket.
Fehér Beatrix doktorandusz, a kutatócsoport tagja így mesélt a kezdetekről:
„Václav az üvegekben és félvezetőkben történő lézeres áramkeltést tanulmányozta, amikor én megkezdtem a doktori tanulmányaimat. Nekem az volt a célom, hogy kipróbáljam a lézerfény segítségével történő áramkeltést fémekben.”
Kompakt eszköz, kézzelfogható eredmény
A budapesti csapat nem csupán elméleti áttörést ért el: olyan kompakt optikai eszközt is építettek, amely lézernyalábok optikai tulajdonságait képes gyorsan és pontosan jellemezni. Ez az eszköz akár önállóan is felhasználható különböző kutatási és ipari célokra.
Dombi Péter, a kutatócsoport vezetője a kutatás jövőjéről így nyilatkozott:
„Jelenleg egy izgalmas felfedezőúton járunk, amelynek célja a lézerfény és a nanoanyagok ultragyors kölcsönhatásainak tanulmányozása. Néhány éven belül ez akár valódi technológiává is válhat.”
Út a jövő számítógépei felé
A magyar kutatók áttörése új korszakot nyithat a számítástechnikában: a jelenleg elektronokkal vezérelt logikai rendszerek helyét idővel átvehetik a fénnyel működő rendszerek. Ez nemcsak gyorsaságot, de energiahatékonyságot is jelenthet, és olyan új technológiai irányokat tehet lehetővé, amelyek ma még a tudományos fantázia világába tartoznak.
A Hun-REN Wigner Fizikai Kutatóközpont és az ELI Lézeres Kutatóintézet közös munkája így egyszerre jelent alaptudományos felfedezést és konkrét mérnöki eredményt – egy olyan irányba mutatva, ahol a jövő számítógépei szó szerint fénysebességgel működhetnek.
A tanulmány a Science Advances folyóiratban jelent meg
