КВАНТ ФИЗИК ЭЛЕКТРОНИКТ ХУРДНЫ ХЯЗГААР ТОГТООЛОО
Хэт богино лазерын пульс (цэнхэр) чөлөөт цэнэг зөөгч үүсгэдэг бол улаан пульс нь тэдгээрийг эсрэг чигт нь хурдасгадаг.
Электроник төхөөрөмжүүд хэр хурдан ажиллаж чадах вэ? Компьютерийн чипүүд хугацаа өнгөрөх тусам технологийн хувьд
сайжирч байгаа ч материалын шинж чанарын үзүүлэлт зэргээс шалтгаалж техникийн
хязгааруудтай тулгарч байна. Хагас дамжуулагч материалд цахилгаан гүйдэл үүсгэх
квант-механик процесс нь тодорхой хугацаа шаарддаг. Энэ нь дохио үүсгэх,
дамжуулах хурдыг хязгаарладаг. Тэгвэл судлаачид энэ хязгаарыг олж тогтоожээ. Гарчиньд
байх Квант Оптикийн Макс Планкын Институт, Венн болон Гразын Техникийн Их Сургуулиуд
нь энэ хязгаарыг судалжээ: лазерын пульсээр материалыг хамгийн боломжит
нөхцлөөр өдөөсөн байсан ч хурдыг петагерцээс (1 сая гигагерц) хэтрүүлэх боломжгүй.
Орон ба гүйдэл
Цахилгаан гүйдэл ба гэрэл (ө.х. цахилгаан соронзон орон) нь үргэлж хоорондоо холбоотой байдаг. Микроэлектроникийн хувьд ч мөн
ижил: микрочипүүдэд цахилгаан дохиог цахилгаан соронзон орны тусламжтайгаар
удирддаг. Жишээлбэл, транзисторт цахилгаан соронзон орныг өгч, залгасан эсэхээс
хамаарч транзистор нь цахилгаан гүйдлийг дамжуулах эсвэл үл дамжуулдаг. Ийм
байдлаар цахилгаан соронзон орон нь цахилгаан дохио болж хувирдаг.
Цахилгаан соронзон орныг гүйдэл болгон хувиргах хязгаарыг шалгахын тулд
транзистор биш харин хамгийн хурдан, нарийвчлал сайтай гэж үзэн лазерын пульсыг
ашигладаг.
Эхлээд огт цахилгаан дамжуулдаггүй материал дээр судалгаа хийнэ. Материалд хэт
ягаан туяаны долгионы муж дах хэт-богино лазерын пульсээр үйлчилдэг. Энэхүү
лазер пульс нь электронд чөлөөтэй хөдлөх боломжтой болох хүртэлх энергийг
өгдөг. Ингэснээр лазерын пульс нь материалыг богино хугацааны туршид цахилгаан
дамжуулах боломжтой материал болгон хувиргадаг. Нэгэнт чөлөөтэй хөдөлж буй
цэнэг зөөгчид байгаа учраас тэдгээрийг тодорхой чиглэлд өөр нэг арай урт лазерын
пульс өгснөөр хөдөлгөх боломжтой. Ингэснээр материалын аль ч хэсэгт электродоор
хэмжихэд цахилгаан гүйдэл үүссэн байдаг.
Эдгээр үйл явц нь атто эсвэл фемтосекундын хугацаанд маш хурдан явагддаг.
"Урт хугацааны туршид хүн төрөлхтөн ийм үйл явцыг агшин зуурт гэж үздэг
байсан. Гэхдээ өнөөдөр бид ийм хурдан үйл явцыг нарийвчлан судлах боломжтой
технологитой болсон." гэж профессор Кристоф Лемелл (TU Wien) хэлэв. Чухал
асуудал нь гэвэл: Материал лазертай хэр хурдтай харилцан үйлчилдэг вэ? Дохиог
бий болгоход хэр хугацаа шаардагдах вэ, материал дараагийн дохионд өртөх хүртэл
хэр удаан хүлээх шаардлагатай вэ?
Хугацаа эсвэл энерги -
гэхдээ хоёулаа биш
Туршилт нь квант физикт ихэвчлэн тохиолддог тодорхойгүй байдалд хөтөлдөг: хурдыг
нэмэгдүүлэхийн тулд хэт-богино хэт ягаан туяаны лазер пульсийг ашиглаж байж
чөлөөт цэнэг зөөгчид маш хурдан үүснэ. Гэсэн хэдий ч электронууд өөр өөр энергийг
шингээж чаддаг. Кристоф Лемелл хэлэхдээ: "Бид чөлөөт цэнэг зөөгчдийг үүссэн
үгүйг хэлж чадна, гэхдээ тэднийг ямар энергийн төлөвт байгааг хэлж чадахгүй.
Хатуу биетүүд өөр өөр энергийн бүсүүдтэй. Лазерын богино пульсийн үед
тэдгээрийн ихэнх нь чөлөөт цэнэг зөөгчдөөр дүүрдэг" гэж хэлсэн.
Хэр их энерги зөөж байгаагаас хамааран электронууд цахилгаан оронтой өөр
өөрөөр харилцан үйлчилдэг. Хэрэв энерги нь яг тодорхой мэдэгдэхгүй бол
тэдгээрийг нарийн удирдах боломжгүй болж, үүссэн дохио нь гажууддаг.
"Нэг петагерц нь удирдах боломжтой оптоэлектроник процессын дээд хязгаар" гэж Йоахим Бургдорфер хэлсэн. Мэдээж хэрэг, энэ нь нэг петагерцээс бага давтамжтай компьютерийн чип үйлдвэрлэх боломжтой гэсэн үг биш. Бодит техникийн дээд хязгаар нь нэлээд доогуур байна. Хэдийгээр байгалийн хуулиудыг сөрөх боломжгүй ч тэдгээрийг шинэ боловсронгуй аргуудын тусламжтайгаар шинжлэх, ойлгох боломжтой.
Мэдээ бэлтгэсэн: ФТХ, Электроник, фотоникийн лабораторийн дадлагажигч
ажилтан П. Батцэнгүүн
Эх сурвалж: https://phys.org/news/2022-03-quantum-physics-limit-electronics.html