Hoy en día, los dispositivos eléctricos biestables son la base de la electrónica digital, y sirven como bloques de construcción de interruptores, puertas lógicas y memorias en los sistemas informáticos. Sin embargo, el ancho de banda de estas computadoras electrónicas está limitado por el retraso de la señal de las constantes de tiempo importantes para la lógica electrónicaEn un intento por mitigar estos problemas, los científicos han considerado el desarrollo de una computadora digital óptica, y un equipo ha ido tan lejos como para demostrar la biestabilidad óptica y eléctrica para conmutar en un solo transistor.
Esta semana, en el Revista de Física Aplicada , de AIP Publishing, un equipo de investigación de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign presenta sus hallazgos con respecto a la biestabilidad óptica y eléctrica de un solo transistor operado a temperatura ambiente.
Antes de este trabajo, se incorporaron pozos cuánticos cerca del colector en la base de un transistor bipolar de heterounión III-V, lo que resultó en una vida útil de recombinación espontánea radiativa muy reducida del dispositivo. El ancho de banda de modulación de corriente láser está relacionado con el electrón-tiempo de vida de recombinación de radiación, vida útil de fotones y densidad de fotones en cavidad.
En un método patentado por dos de los autores del artículo, a menudo referido como la idea de Feng y Holonyak, la absorción óptica se puede mejorar aún más por la intensidad de fotón coherente de la cavidad del láser transistor. Usando la propiedad única del fotón intracavitario-modulación de túnel asistida, los investigadores pudieron establecer una base de modulación de voltaje láser directo y conmutación a altas velocidades de gigahercios.
Los investigadores encontraron que las biestabilidades eléctricas y ópticas del láser de transistor son controlables por la corriente de base y el voltaje del colector. Se descubrió que la conmutación de corriente se debe al cambio de la operación de la base del transistor entre el proceso de recombinación de agujero de electrones estimulado y espontáneo en la base cuántica-bien.
Según Milton Feng, del grupo de investigación, esta fue la primera vez que se hizo esto.
"Ponemos un transistor dentro de una cavidad óptica, y la cavidad óptica controla la densidad de fotones en el sistema. Entonces, si uso un túnel para absorber el fotón, y luego el pozo cuántico para generar el fotón, entonces básicamentepuede ajustar el voltaje y la corriente para controlar la conmutación eléctrica y óptica entre el estado coherente y el incoherente de la luz, y entre la recombinación estimulada y espontánea de la corriente ", dijo Feng.
En comparación con investigaciones anteriores, que contenían histéresis óptica en cavidades que contienen medios de ganancia de absorción y dispersión no lineales, los principios de operación como procesos físicos y mecanismos de operación en las biestabilidades electro-ópticas del láser transistor son considerablemente diferentes. En este caso, diferentes rutas de conmutación entre ópticasy los estados de energía eléctrica dan como resultado diferentes umbrales de voltaje de colector de entrada, lo que resulta en esta considerable diferencia en método y resultados
"Debido a las diferencias en la ruta de conmutación entre las densidades de fotones de cavidad coherente e incoherente que reaccionan con la modulación de voltaje del colector a través del túnel asistido por fotones dentro de la cavidad Feng-Holonyak que resulta en la diferencia de voltaje del colector en las operaciones de encendido y apagado, el transistorla biestabilidad del láser es realizable, controlable y utilizable ", dijo Feng.
Los investigadores creen que las operaciones de histéresis y biestabilidad electroópticas en la forma compacta del láser de transistor se pueden utilizar para aplicaciones de puertas lógicas ópticas y flip-flop de alta velocidad.
"Espero que el nuevo dominio para la investigación se extienda de la electrónica, de los cuerpos de la electrónica que se transportan en estado sólido, al dominio electrónico óptico en un circuito integrado, que será el gran avance para el futurogeneración de transferencia de datos a alta velocidad ", dijo Feng.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Americano de Física AIP . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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