来自德国茨堡大学的物理学家们展示了一种新型的纳米光天线，具备电调制的表面特性，这一创新可能为更快速的计算机芯片的发展奠定基础。
目前的计算机在速度上已接近物理极限，半导体元件通常以几兆赫兹的频率运行，相当于每秒数十亿次的计算。因此，现代系统依赖多个芯片来分担计算任务，因为单个芯片的速度无法进一步提升。然而，若能在计算机芯片中使用光子而非电子，其速度有望提升至1000倍。
等离子体谐振器，亦称为“光的天线”，是实现这一速度飞跃的有前景的途径。这些纳米级金属结构能够与不同光频率相互作用，因其几何形状而异。
“目前的挑战在于，等离子体谐振器尚未能像传统电子产品中的晶体管那样高效调制，这限制了快速光基开关的发展，”德国巴伐利亚州Julius-Maximilians-Universität (JMU)的物理学家Thorsten Feichtner博士表示。
电控光学天线:德国维尔茨堡大学的创新
JMU的研究团队与南丹麦大学(SDU)合作，在光天线调制方面取得了重要进展：成功实现了电控调制，为超高速有源等离子体的应用开辟了新路径，从而推动更快计算机芯片的发展。这项研究成果已发表在《科学进展》杂志上。
该团队并未试图改变整个谐振器，而是专注于其表面特性。通过电接触单个由金制成的纳米棒实现了这一突破，尽管这一概念简单，但依赖于基于氦离子束和金纳米晶体的复杂纳米制造技术才能实现。这种独特的制造方法是在JMU实验物理学(生物物理学)主席Bert Hecht教授的指导下建立的。带锁相放大器的精密测量技术对于检测谐振器表面上微小但重要的变化至关重要。
研究负责人Thorsten Feichtner博士解释道：“我们所利用的效应类似于法拉第笼的原理。就像被闪电击中的汽车内的电子聚集在外面，车内的人依然安全一样，表面上的额外电子会影响谐振器的光学特性。”
惊人的量子效应
迄今为止，光学天线几乎总是可以用经典物理来描述：金属的电子停留在纳米粒子的边缘，犹如水停留在港口的墙壁。然而，茨堡大学的科学家们的测量揭示了共振的变化，这种变化无法用经典术语解释：电子“涂抹”穿越金属与空气之间的边界，形成一个柔和的渐变过渡，类似于海水与沙滩的交界。
为了解释这些量子效应，SDU的理论家们开发了一个半经典模型，将量子特性整合到表面参数中，以便用经典方法进行计算。“通过扰动表面的响应函数，我们将经典效应与量子效应结合，创造了一个统一的框架，促进了对表面效应的理解，”JMU物理学家卢卡·祖拉克(Luka Zurak)解释道，他是这项研究的第一作者。
潜力巨大的新研究领域
新模型能够重现实验结果，但目前尚不清楚金属表面涉及的众多量子效应中的哪一种。Thorsten Feichtner表示：“然而，通过这项研究，现在首次有可能专门设计新的天线，并排除或放大特定的量子效应。”
从长远来看，研究人员设想了更多的应用：更小的谐振器有望成为高效的光学调制器，具备广泛的技术应用潜力。此外，表面电子在催化过程中的作用也可以通过该系统进行研究，这将为能源转换和存储技术提供新的见解。
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希望本篇文章《电灯天线助力加速芯片发展》能对你有所帮助！
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