Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Georgia State physicist, international researchers discover fastest light-driven process

06.12.2012
A discovery that promises transistors – the fundamental part of all modern electronics – controlled by laser pulses that will be 10,000 faster than today's fastest transistors has been made by a Georgia State University professor and international researchers.

Professor of Physics Mark Stockman worked with Professor Vadym Apalkov of Georgia State and a group led by Ferenc Krausz at the prestigious Max Planck Institute for Quantum Optics and other well-known German institutions.

There are three basic types of solids: metals, semiconductors, used in today's transistors, and insulators – also called dielectrics.

Dielectrics do not conduct electricity and get damaged or break down if too high of fields of energy are applied to them. The scientists discovered that when dielectrics were given very short and intense laser pulses, they start conducting electricity while remaining undamaged.

The fastest time a dielectric can process signals is on the order of 1 femtosecond – the same time as the light wave oscillates and millions of times faster than the second handle of a watch jumps.

Dielectric devices hold promise to allow for much faster computing than possible today with semiconductors. Such a device can work at 1 petahertz, while the processor of today's computer runs slightly faster than at 3 gigahertz.

"Now we can fundamentally have a device that works 10 thousand times faster than a transistor that can run at 100 gigahertz," Stockman said. "This is a field effect, the same type that controls a transistor. The material becomes conductive as a very high electrical field of light is applied to it, but dielectrics are 10,000 times faster than semiconductors."

The results were published online Dec. 5 in Nature. The research institutions include the Max Planck Institute for Quantum Optics, the Department of Physics at the Munich Technical University, the Physics Department at Ludwig Maximilian University at Munich and the Fritz Haber Institute at Berlin, Germany.

At one time, scientists thought dielectrics could not be used in signal processing – breaking down when required high electric fields were applied. Instead, Stockman said, it is possible for them to work if such extreme fields are applied at a very short time.

In a second paper also published online Dec. 5 in Nature, Stockman and his fellow researchers experimented with probing optical processes in a dielectric – silica – with very short extreme ultraviolet pulses. They discovered the fastest process that can fundamentally exist in condensed matter physics, unfolding at about at 100 attoseconds – millions of times faster than the blink of an eye.

The scientists were able to show that very short, highly intense light pulses can cause on-off electric currents – necessary in computing to make the 1s and 0s needed in the binary language of computers -- in dielectrics, making extremely swift processing possible.

Stockman's work was supported by the U.S. Department of Energy.

The first paper, "Optical-field-induced current in dielectrics" is available through http://dx.doi.org/10.1038/nature11567. The second, "Controlling dielectrics with the electric field of light," is available through http://dx.doi.org/10.1038/nature11720.

Jeremy Craig | EurekAlert!
Further information:
http://www.gsu.edu

More articles from Physics and Astronomy:

nachricht A New Litmus Test for Chaos?
29.07.2015 | American Institute of Physics (AIP)

nachricht First detection of lithium from an exploding star
29.07.2015 | ESO

All articles from Physics and Astronomy >>>

The most recent press releases about innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Superschneller Wellenritt im Kristall: Elektronik auf Zeitskala einzelner Lichtschwingungen möglich

Physikern der Universitäten Regensburg und Marburg ist es gelungen, die von einem starken Lichtfeld getriebene Bewegung von Elektronen in einem Halbleiter in extremer Zeitlupe zu beobachten. Dabei konnten sie ein grundlegend neues Quantenphänomen entschlüsseln. Die Ergebnisse der Wissenschaftler sind jetzt in der renommierten Fachzeitschrift „Nature“ veröffentlicht worden (DOI: 10.1038/nature14652).

Die rasante Entwicklung in der Elektronik mit Taktraten bis in den Gigahertz-Bereich hat unser Alltagsleben revolutioniert. Sie stellt jedoch auch Forscher...

Im Focus: On the crest of the wave: Electronics on a time scale shorter than a cycle of light

Physicists from Regensburg and Marburg, Germany have succeeded in taking a slow-motion movie of speeding electrons in a solid driven by a strong light wave. In the process, they have unraveled a novel quantum phenomenon, which will be reported in the forthcoming edition of Nature.

The advent of ever faster electronics featuring clock rates up to the multiple-gigahertz range has revolutionized our day-to-day life. Researchers and...

Im Focus: Erster Nachweis von Lithium in einem explodierenden Stern

Erstmals konnte das chemische Element Lithium in der ausgestoßenen Materie einer Nova nachgewiesen werden. Beobachtungen von Nova Centauri 2013 mit Teleskopen des La Silla-Observatoriums der ESO und in der Nähe von Santiago de Chile helfen bei der Aufklärung des Rätsels, warum so viele junge Sterne mehr von diesem Element enthalten als erwartet. Diese Entdeckung liefert ein seit langem fehlendes Teil im Puzzle der chemischen Entwicklungsgeschichte unserer Galaxie und ist ein großer Fortschritt für das Verständnis des Mischungsverhältnisses der chemischen Elemente in den Sternen unserer Milchstraße.

Das leichte chemische Element Lithium ist eines der wenigen Elemente, das nach unserer Modellvorstellung auch beim Urknall vor 13,8 Milliarden Jahren...

Im Focus: Durch den Monsun: Flugzeugmission zu Auswirkungen auf Luftqualität und Klimawandel

Mit dem Flugzeug von Zypern auf die Malediven und zurück. Was nach einer Urlaubsreise klingt, ist für 65 Atmosphärenforscher aus ganz Deutschland anspruchsvolle Arbeit: Bei einer Forschungsmission mit dem Flugzeug HALO des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt untersuchen sie derzeit, ob und wie sich die Monsun-Regenfälle in Asien auf die Selbstreinigungskraft der Atmosphäre auswirken. Mit an Bord sind auch zwei Messgeräte des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT): Die Karlsruher Klimaforscher messen dabei unter anderem die Konzentrationen von Ozon und Aceton. Das Max-Planck-Institut für Chemie in Mainz koordiniert die Kampagne.

„Die Erdatmosphäre kann sich von Treibhausgasen oder Abgasen aus dem Verkehr selbst reinigen. Dabei wandeln Hydroxyl-Radikale – das sind besonders...

Im Focus: Lichtschalter auf DVD

Da sich die elektronischen Eigenschaften eines optischen Speichermaterials schneller ändern als seine Struktur, könnte es neue Anwendungen finden

In DVDs steckt möglicherweise mehr als bisher angenommen. Das Material aus Germanium, Antimon und Tellur, in dem die Datenträger Information speichern, könnte...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Tagung „Brandschutz im Tank- und Gefahrgutlager“ am 16. November 2015 im Essener Haus der Technik stellt praktische Lösungen vor

30.07.2015 | Veranstaltungen

12. BMBF-Forum für Nachhaltigkeit: Green Economy, Energiewende und die Zukunft der Städte

30.07.2015 | Veranstaltungen

Elektropott: Ruhrgebiets-Hackathon soll Innovation, Kreativität und Teamgeist junger Talente fördern

29.07.2015 | Veranstaltungen

 
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Tagung „Brandschutz im Tank- und Gefahrgutlager“ am 16. November 2015 im Essener Haus der Technik stellt praktische Lösungen vor

30.07.2015 | Veranstaltungsnachrichten

12. BMBF-Forum für Nachhaltigkeit: Green Economy, Energiewende und die Zukunft der Städte

30.07.2015 | Veranstaltungsnachrichten

Asiatische Tigermücke überwintert in Süddeutschland

30.07.2015 | Biowissenschaften Chemie