Key takeaways
- Forskere siger, at et gennembrud i brugen af lys til at sende information kan føre til gadgets med ekstremt lavt strømforbrug.
- Forskerne brugte en ny slags halvleder til at skabe kvanteprikker arrangeret som en æggekarton.
- Den nye forskning er blandt et væld af nye teknologier, der kunne give mulighed for enheder med ultra-lav strøm.
Et nyligt gennembrud i at sende information ved hjælp af lys kan føre til gadgets med ekstremt lavt strømforbrug.
Forskere demonstrerede, hvordan de kunne bruge en kvanteeffekt kendt som ikke-linearitet til at modificere og detektere svage lyssignaler. Udviklingen kunne i sidste ende bruges i personlige elektroniske enheder. Men forvent ikke at se en kvantegadget i Best Buy når som helst snart.
"Den tilgang, der er beskrevet i denne artikel, er relevant og spændende, men den ser ud til at være langt væk fra implementering," Scott Hanson, grundlægger og teknologichef for Ambiq, et firma, der specialiserer sig i enheder med lavt strømforbrug, sagde i et e-mailinterview.
"De chips, der bruges i nutidens nyeste gadgets, er baseret på nogenlunde de samme siliciumbaserede "switches", som har eksisteret i årtier. Selv mindre ændringer af den måde, disse chips fremstilles på, tager mange år at installere."
kvanteeffekter fører til opdagelse
Forskerne brugte en ny slags halvleder til at skabe kvanteprikker arrangeret som en æggekarton. Holdet producerede dette energilandskab med æggekartoner med to flager af halvledere, som betragtes som todimensionelle materialer, fordi de er lavet af et enkelt molekylært lag, kun et par atomer tykt.
Todimensionelle halvledere har kvanteegenskaber, der er meget forskellige fra større bidder og kan bruges i enheder med lav effekt.
For at dette skal være bæredygtigt, skal vi finde en måde at bevare batterilevetiden på - hvilket betyder at køre elektronik med mindre strøm.
"Forskere har spekuleret på, om detekterbare ikke-lineære effekter kan opretholdes ved ekstremt lave effektniveauer ned til individuelle fotoner. Dette ville bringe os til den grundlæggende nedre grænse for strømforbrug i informationsbehandling," Hui Deng, fysikprofessor og seniorforfatter til papiret i Nature, der beskriver forskningen, sagde i en pressemeddelelse.
En vigtig udfordring, forskerne skulle overvinde, var, hvordan man kontrollerer kvanteprikkerne. For at kontrollere prikkerne som en gruppe med lys byggede holdet en resonator ved at lave et spejl i bunden, lægge halvlederen oven på det og derefter afsætte et andet spejl oven på halvlederen.
"Du skal kontrollere tykkelsen meget stramt, så halvlederen er på det maksimale af det optiske felt," sagde Zhang Long, en postdoc-forsker i Dengs laboratorium og førsteforfatter på papiret, i pressemeddelelsen.
De nye 2D-halvledere kunne bringe kvanteenheder op på stuetemperatur i stedet for den ekstreme kulde, der i øjeblikket er påkrævet.
"Vi nærmer os slutningen af Moores lov," sagde Steve Forrest, en ingeniørprofessor og medforfatter af papiret, med henvisning til tendensen med, at tætheden af transistorer på en chip fordobles hvert andet år, i nyhedsmeddelelsen.
"Todimensionelle materialer har mange spændende elektroniske og optiske egenskaber, der faktisk kan føre os til det land hinsides silicium."
Hvis Dengs forskning betaler sig, kan Ultra-Low Power Devices (ULPD) være til enorm fordel for brugerne, sagde Charlie Goetz, CEO for Powercast, et trådløst elselskab, i et e-mailinterview."De vil gøre det muligt at konfigurere og implementere allestedsnærværende IoT-netværk. Disse vil til gengæld fodre AI, som derefter kan konvertere mængden af input til kvalitetsoutput," tilføjede han.
"ULPD'er vil være den muliggørende faktor, der vil skabe grønnere, sikrere, mere effektive-smarte byer i fremtiden."
Udforsker mange veje til lav effekt
Forskere udforsker et væld af andre teknologier, der kunne give mulighed for enheder med ultralav strøm.
"Der har været imponerende fremskridt inden for System on a Chip (SoC)-området de sidste par år," sagde Goetz. "Disse enheder med lav effekt kan køre i årevis på et batteri og, mere væsentligt, kan de forsynes trådløst på afstand ved hjælp af radiofrekvenser eller i nogle tilfælde infrarød."
Mennesket svømmer i batterier fra smartphone til brandalarmer, sagde Hanson. "Dette bliver hurtigt uoverskueligt, da vores tøj, hjem og byerne omkring os alle bliver 'smarte' og 'forbundne'," tilføjede han.
"For at dette skal være bæredygtigt, må vi finde en måde at bevare batterilevetiden på - hvilket betyder at køre elektronik med mindre strøm. Teknologier, der opnår dette mål om at "sluppe mindre strøm" er afgørende."
