Optisk og elektrisk bistabilitet undersøgelse belyser næste generations højhastigheds dataoverførsel

I dag, elektriske bistabile enheder er grundlaget for digital elektronik, fungerer som byggesten til kontakter, logiske porte og minder i computersystemer. Imidlertid, båndbredden på disse elektroniske computere er begrænset af signalforsinkelsen af ​​tidskonstanter, der er vigtige for elektroniske logiske operationer. I et forsøg på at afbøde disse problemer, forskere har overvejet udviklingen af ​​en optisk digital computer, og et team er gået så langt som til at demonstrere den optiske og elektriske bistabilitet til at skifte til en enkelt transistor.

Denne uge, i Journal of Applied Physics , et forskerhold fra University of Illinois i Urbana-Champaign præsenterer deres resultater vedrørende den optiske og elektriske bistabilitet af en enkelt transistor, der drives ved stuetemperatur.

Inden dette arbejde, kvantebrønde blev inkorporeret nær kollektoren i bunden af ​​en III-V heterojunction bipolar transistor, hvilket resulterer i en stærkt reduceret strålende spontan rekombinationslevetid for enheden. Laserstrømsmodulationsbåndbredden er relateret til elektronhullets stråling rekombination levetid, foton livstid og hulrums foton massefylde.

I en metode patenteret af to af artiklens forfattere, ofte omtalt som Feng og Holonyaks idé, den optiske absorption kan yderligere forstærkes af transistorlaserens kohærente fotonintensitet i hulrummet. Ved hjælp af den unikke egenskab ved intra-cavity foton-assisteret tunneling modulering, forskerne var i stand til at etablere et grundlag for direkte laserspændingsmodulation og skifte ved høje gigahertz -hastigheder.

Forskerne fandt transistorlaserens elektriske og optiske bistabiliteter til at kunne styres af basisstrøm og kollektorspænding. Det viste sig, at den aktuelle omskiftning skyldes transistorbasens driftsskift mellem stimuleret og spontan elektronhulrekombinationsproces ved basis-kvantebrønden.

Ifølge Milton Feng, fra forskergruppen, dette var første gang, dette blev gjort.

"Vi satte en transistor inde i et optisk hulrum, og det optiske hulrum styrer fotontætheden i systemet. Så, hvis jeg bruger tunneling til at absorbere foton, og derefter kvantebrønden til at generere foton, så kan jeg dybest set spændingsjustere og strømstyre den elektriske og optiske omstilling mellem kohærent og usammenhængende tilstand for lyset, og mellem stimuleret og spontan rekombination for strømmen, "Sagde Feng.

Sammenlignet med tidligere undersøgelser, som indeholdt optisk hysterese i hulrum indeholdende ikke -lineære absorberende og dispersive forstærkningsmedier, driftsprincipperne som fysiske processer og driftsmekanismer i transistorlaserelektrooptiske bistabiliteter er betydeligt forskellige. I dette tilfælde, forskellige koblingsveje mellem optiske og elektriske energitilstande resulterer i forskellige tærskler for input -kollektorspænding, hvilket resulterer i denne betydelige forskel i metode og resultater.

"På grund af koblingsbaneforskellene mellem kohærente og usammenhængende fotontætheder i hulrummet, der reagerer med kollektorspændingsmodulation via Feng-Holonyak foton-assisteret tunnel-hulning, hvilket resulterer i kollektorspændingsforskellen i switch-UP og switch-DOWN-operationer, transistor laser bistabilitet er realiserbar, kontrollerbar og anvendelig, "Sagde Feng.

Det er forskernes overbevisning, at operationerne ved den elektro-optiske hysterese og bistabilitet i transistorlaserens kompakte form kan udnyttes til højhastighedsoptisk logisk port og flip-flop applikationer.

"Jeg håber, at det nye domæne for forskning vil blive udvidet fra elektronik-fra elektroniklegemer, der transporterer i fast tilstand-til elektronisk-optisk domæne til et integreret kredsløb, hvilket bliver det store gennembrud for den fremtidige generation af højhastigheds dataoverførsel, "Sagde Feng.