科學(xué)家在一塊芯片上成功整合光與電

“人們相信，最好的計(jì)算機(jī)是用電信號(hào)來(lái)處理而用光信號(hào)來(lái)傳輸。”美國(guó)東北大學(xué)物理學(xué)副教授斯瓦迪克·卡爾說(shuō)。為此人們迫切需要一種芯片整合設(shè)備，既能用光輸入，也能用電輸入來(lái)進(jìn)行邏輯操作。

美國(guó)東北大學(xué)和韓國(guó)慶熙大學(xué)科學(xué)家共同發(fā)表在最新一期《自然·光子學(xué)》雜志上的論文顯示，他們首次在一塊電子芯片上整合了電子和光的性質(zhì)，并開(kāi)發(fā)出一系列基于這種芯片的創(chuàng)新型設(shè)備，為制造混合光電邏輯元件提供了一種可升級(jí)平臺(tái)，也代表了未來(lái)光電計(jì)算機(jī)制造中的一項(xiàng)關(guān)鍵性突破。

去年，卡爾和本校機(jī)械與工業(yè)工程系副教授容俊中(音譯)合作發(fā)現(xiàn)，如果把碳納米管和硅連接，其界面上產(chǎn)生光感應(yīng)電流的速度比傳統(tǒng)光電二極管中的硅—金屬界面更快。“這種能讓電流‘突然激增’的性質(zhì)有助于我們?cè)O(shè)計(jì)出用光開(kāi)關(guān)的先進(jìn)設(shè)備。”卡爾說(shuō)。

據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)2月25日?qǐng)?bào)道，他們利用這一發(fā)現(xiàn)，開(kāi)發(fā)出一種新的基于光電二極管的邏輯設(shè)備，用碳納米管和硅的混合連接，就可以用光和電兩種輸入來(lái)操控輸出電流。他們還與韓國(guó)慶熙大學(xué)教授權(quán)永昆(音譯)合作，運(yùn)行了這些連接的計(jì)算模型。

這些新開(kāi)發(fā)的創(chuàng)新型設(shè)備包括三種新元件和一個(gè)升級(jí)設(shè)備。第一種是“與門(mén)”(AND-gate)，需要同時(shí)有電子和光輸入而產(chǎn)生一個(gè)輸出，這種開(kāi)關(guān)要兩因素同時(shí)具備才會(huì)觸發(fā);第二種是“或門(mén)”(OR-gate)，只要兩個(gè)感光器其中之一輸入，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)輸出;第三種是一個(gè)4-比特光電數(shù)字—模擬轉(zhuǎn)換器，可用于把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，比如把MP3文件的數(shù)字內(nèi)容轉(zhuǎn)換成真實(shí)音樂(lè)，這種能力非常重要。

升級(jí)設(shè)備是把25萬(wàn)個(gè)微芯片集成在一個(gè)約1厘米見(jiàn)方的晶片上，就像一個(gè)攝像機(jī)傳感器的前端。雖然這種設(shè)備要充分發(fā)揮功能還要更多微芯片，但目前可用來(lái)測(cè)試他們的匯編程序是否可重復(fù)。

研究人員指出，計(jì)算機(jī)即使要輸出最簡(jiǎn)單的結(jié)果，每秒鐘也得處理數(shù)十億次計(jì)算步驟。如果每一步都能快一點(diǎn)點(diǎn)會(huì)怎樣?卡爾說(shuō)，要提高它們處理這些步驟的能力，就要從只提高一步開(kāi)始，這就是我們所做的。