Işıkla çalışan süper hızlı transistör geliştirildi

Transistörler; bilgisayarlar, akıllı telefonlar, internet altyapıları ve yapay zeka sistemlerinin temelini oluşturan küçük elektronik parçalar olarak kullanılıyor. Elektrik sinyallerini yönlendiren ve çoğaltan bu devre elemanları, 1947’deki icadından bu yana teknoloji dünyasının yapı taşlarından biri sayılıyor. Şimdi ise bu temel parça, yeni ve çok daha hızlı bir formda üretildi.

Arizona Üniversitesi’nden bilim insanları, ışıkla çalışan ve saniyede petahertz hızında işlem yapabilen dünyanın ilk transistörünü geliştirdiklerini açıkladı. Bu teknoloji, mevcut bilgisayar işlemcilerinden yaklaşık bir milyon kat daha hızlı çalışabiliyor.

Petahertz hızı ne kadar hızlı?

Petahertz, saniyede bir katrilyon (1.000.000.000.000.000) işlem anlamına geliyor. Bugünün en hızlı işlemcileri saniyede milyarlarca işlem yapabiliyor (gigahertz düzeyi).

Yeni geliştirilen bu transistör ise katrilyonlarca işlem yapabilecek kapasiteye sahip. Bu da yapay zeka, uzay araştırmaları, sağlık teknolojileri ve kimya gibi alanlarda veri işleme süreçlerinin büyük ölçüde hızlanması anlamına geliyor.

Elektrikle değil, ışıkla çalışıyor

Yeni transistör, klasik transistörlerden farklı olarak elektriği değil, ışığı kullanıyor. Araştırmada, yalnızca bir atom kalınlığında olan ve yüksek iletkenliğiyle bilinen grafen maddesi kullanıldı. Bu özel malzeme, üzerine lazer ışığı tutulduğunda içindeki elektronları harekete geçiriyor ve böylece elektrik akımı oluşuyor.

Kullanılan lazer, saniyede 638 attosaniye aralıklarla açılıp kapanıyor. Bir attosaniye, saniyenin katrilyonda biri kadar kısa bir zaman biriminde işlem yapıyor. Bu sayede elektronlar neredeyse anında harekete geçerek işlem tamamlanıyor.

Engel tanımıyor

Deney sırasında gözlemlenen en dikkat çekici fiziksel olaylardan biri kuantum tünelleme etkisi oldu. Kuantum tünelleme, klasik fizik kurallarına göre geçilemez kabul edilen bir engelin, parçacıklar tarafından geçilebilmesini ifade eder.

Elektron gibi çok küçük parçacıklar, kuantum düzeyde dalga özelliği gösterdiği için, karşılarında bulunan fiziksel engeli adeta “delip geçebilirler.” Bu olay, özellikle elektronların hareketini ve hızını önemli ölçüde etkileyerek daha hızlı işlem yapılmasına olanak tanır.

Arizona Üniversitesi’nden araştırmacılar, bu kuantum tünelleme etkisini kullanarak elektronların engelleri normalden çok daha hızlı bir şekilde aşmasını sağladı. Böylece elektronlar, ışıkla tetiklendikten sonra hiçbir fiziksel engelle karşılaşmadan hedef noktaya ulaşarak işlem tamamladı. Bu etki, transistörün olağanüstü hızda çalışabilmesine doğrudan katkı sundu ve ışıkla çalışan yeni nesil donanımın temelini oluşturdu.

Günlük koşullarda da çalışabiliyor

Yeni nesil bazı ileri teknolojiler, genellikle yalnızca özel laboratuvar ortamlarında çalıştırılabiliyor. Bu ortamlar, çok düşük sıcaklık, yüksek basınç veya kontrollü atmosfer gibi özel koşullar gerektiriyor. Bu durum, geliştirilen teknolojilerin günlük hayatta yaygın bir şekilde kullanılmasını zorlaştırıyor.

Arizona Üniversitesi’nin geliştirdiği bu yeni transistör, oda sıcaklığında, yani normal çevre koşullarında da sorunsuz çalışabiliyor. Bu özellik, teknolojinin ileride bilgisayarlar, telefonlar ve diğer elektronik cihazlar gibi yaygın ürünlere entegre edilmesini mümkün kılıyor. Böylece bu ultra hızlı transistör, yalnızca laboratuvarlarda değil, günlük yaşamda da kullanılabilecek hale geliyor.

Geniş katılımlı araştırma ekibi

Araştırma, Arizona Üniversitesi Fizik ve Optik Bilimleri bölümlerinden uzmanlarca yürütüldü. Projeye, daha önce dünyanın en hızlı elektron mikroskobunu geliştiren Dr. Mohammed Hassan liderlik etti.

Ekipte doktora öğrencileri, araştırmacılar ve optik mühendisleri yer aldı. Ayrıca Kaliforniya Teknoloji Enstitüsü’nün Jet Propulsion Laboratuvarı (JPL) ve Almanya’daki Ludwig Maximilian Üniversitesi’nden bilim insanları da çalışmaya katkı sundu.

Ticarileşme süreci başladı

Işıkla çalışan bu yeni transistör şu anda özel lazer sistemleriyle çalışıyor ancak ekip, bu teknolojiyi günlük kullanımda yer alan cihazlarla uyumlu hale getirmek için çalışmalarını sürdürüyor. Patent süreci, Arizona Üniversitesi’nin teknoloji transfer birimi Tech Launch Arizona ile birlikte yürütülüyor.

Araştırma ekibinin hedefi, bu transistörü mikroçiplere entegre ederek bilgisayar işlemcilerinde kullanılabilir hale getirmek. Dr. Hassan, “Yazılım alanında büyük gelişmeler yaşanıyor, özellikle yapay zeka çok hızlı ilerliyor. Ancak donanım bu hızın gerisinde kalıyor. Bu buluşla donanımı yazılıma yaklaştırmayı hedefliyoruz” dedi.

Kaynak: Arizona University