Ingenjörer avslöjar en uppgradering av transistorlasern som kan användas för att öka datorprocessorhastigheterna - bildandet av två stabila energitillstånd och möjligheten att snabbt växla mellan dem.

Moderna datorer är begränsade av en fördröjning som bildas när elektroner färdas genom de små ledningarna och växlar på ett datorchip. För att övervinna denna elektroniska eftersläpning, ingenjörer skulle vilja utveckla en dator som överför information med hjälp av ljus, förutom el, eftersom ljus färdas snabbare än elektricitet.

Att ha två stabila energitillstånd, eller bistabilitet, inuti en transistor tillåter enheten att bilda en optisk-elektrisk switch. Den switchen kommer att fungera som den primära byggstenen för utveckling av optisk logik - det språk som behövs för att framtida optiska datorprocessorer ska kunna kommunicera, sade Milton Feng, Nick Holonyak Jr. Emeritus ordförande i el- och datorteknik och teamledaren i en nyligen genomförd studie.

"Att bygga en transistor med elektrisk och optisk bistabilitet i ett datorchip kommer att avsevärt öka bearbetningshastigheterna, "Feng sa, "eftersom enheterna kan kommunicera utan störningar som uppstår när de är begränsade till transistorer med endast elektroner."

I den senaste studien, forskarna beskriver hur optiska och elektriska bistabila utgångar är konstruerade från en enda transistor. Tillägget av ett optiskt element skapar en återkopplingsslinga med hjälp av en process som kallas elektrontunnling som styr överföringen av ljus. Teamet publicerade sina resultat i Journal of Applied Physics .

Feng sa att den uppenbara lösningen för att lösa flaskhalsen som bildas av stordataöverföring - att eliminera den elektroniska dataöverföringen av transistorn och använda all optik - är osannolikt att hända.

"Du kan inte ta bort elektroniken helt och hållet eftersom du behöver koppla in en ström och omvandla den till ljus, " Feng sa. "Det är problemet med det helt optiska datorkonceptet som vissa människor pratar om. Det är helt enkelt inte möjligt eftersom det inte finns något sådant som ett helt optiskt system."

Feng och Holonyak, Bardeen Emeritus-stolen i elektro- och datateknik och fysik, 2004 upptäckte att ljus - som tidigare ansetts vara en biprodukt av transistorelektronik - kunde utnyttjas som en optisk signal. Detta banade väg för utvecklingen av transistorlasern, som använder ljus och elektroner för att överföra en signal.

Den nya transistorn skulle kunna möjliggöra nya enheter och applikationer som inte har varit möjliga med traditionell transistorteknik.

"Detta är en enda enhet som ger bistabilitet för både elektriska och optiska funktioner med en omkopplare, " sa Feng. "Det är helt nytt, och vi arbetar hårt för att hitta fler nya applikationer för enheten."

Feng och hans team har visat elektro-optisk bistabilitet vid -50 grader Celsius. Nästa steg blir att bevisa att enheten kan fungera i rumstemperatur. Feng sa att de nyligen uppnått denna milstolpe, och detaljerna kommer att publiceras i en kommande rapport.

"All elektronisk enhet är praktiskt taget värdelös om den inte kan fungera i rumstemperatur, " Feng sa. "Ingen vill bära en enhet i ett kylskåp för att hålla den från att bli för varm!"