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電子學重大突破 有望改變手機筆電等設計方式


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美國密歇根大學研究團隊成功研發一種全新“光激子開關”(optoexcitonic switch),突破傳統電子元件在運作過程中產生廢熱的限制,未來有望徹底改變手機、筆電乃至量子電腦的設計方式。


這項成果已於8月31日發表在“ACS Nano”期刊,標志著全球首次打造出可在室溫運作、性能超越現有光子開關的“激子開關”,具備應用於經典與量子運算的潛力。

傳統電子元件仰賴電荷流動來傳遞資訊,因此會產生大量熱能,這正是筆電發燙與資料中心需降溫的主要原因。


新開關則利用中性准粒子“激子”(exciton)傳輸信號。激子由一個被激發的電子與電洞結合而成,雖各自帶電,但整體為中性,能大幅減少訊號傳輸時的熱能耗散。

密歇根大學研究員馬提亞斯‧弗洛裡安(Matthias Florian)向《生活科學》表示:“電子元件發熱是因為儲能與放能過程涉及電容器,而這些過程必然產熱。激子類似光子,是一種中性粒子,不會造成這種熱效應。”

由於激子不帶電,無法用電場驅動,研究人員改以光波推動激子沿一維脊狀結構傳輸。激子在移動過程中會改變顏色,使研究團隊得以明確觀測傳輸情形。

共同作者麥基洛‧奇拉(Mackillo Kira)表示:“當激子沿脊線前進時,其顏色隨之變化,讓我們能清楚觀察到實驗成功。”

團隊的最終目標是開發室溫運作的激子電路,徹底取代現有電子元件,讓電腦不再需要風扇散熱,手機電池壽命也將顯[ascii]著[/ascii]延長。


研究人員相信,在未來數十年內有望克服相關技術瓶頸,推動無廢熱、高效率的新一代電子裝置問世。



科學家取得電子學重大突破,成功研發出無廢熱開關裝置,未來有望徹底改變手機、筆電乃至量子電腦的設計方式。圖為量子計算機模型圖。(ShutterStock)
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