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科技日報記者 張夢然

漫威的人氣角色蟻人如何從他小小的身體中產生如此強大的能量？秘密在于他衣服上的晶體管可放大微弱信號進行處理。但以傳統方式放大電信號的晶體管會損失熱能并限制信號傳輸速度，從而降低性能。韓國浦項科技大學與俄羅斯圣彼得堡國立信息技術、機械學與光學研究型大學共同開發出一種納米激子晶體管，該晶體管使用基于異質結構的半導體中的層內和層間激子，克服了現有晶體管的局限性。該研究最近發表在國際納米研究領域權威期刊《ACS Nano》雜志上。

圖片來源：浦項科技大學

激子負責半導體材料的發光，由于光和材料在電中性狀態下的自由轉換，激子是開發下一代發熱少的發光元件和量子信息技術光源的關鍵。

半導體異質雙層是兩種不同半導體單層的疊層，其中有兩種激子：水平方向的層內激子和垂直方向的層間激子。

兩個激子發出的光信號具有不同的光強、持續時間和相干時間。這意味著對兩個光信號的選擇性控制可實現兩位激子晶體管的開發。然而，要在納米尺度空間中控制層內和層間激子，存在巨大挑戰。

該團隊在之前的研究中提出了通過用納米級尖端壓制半導體材料來控制納米級空間中激子的技術。這一次，韓俄團隊有史以來首次根據尖端的偏振光，遠程控制激子的密度和發光效率，且無需直接接觸激子。這種結合了光子納米腔和空間光調制器的方法最顯著的優點是：能夠可逆地控制激子，最大限度地減少對半導體材料的物理損傷。此外，使用光的納米激子晶體管可幫助以光速處理大量數據，同時最大限度地減少熱能損失。

隨著人工智能在越來越多領域加大應用，收集和處理的信息量也在不斷增加。這項研究提出一種適合數據爆炸時代的新數據處理策略。團隊亦表示，納米激子晶體管有望在實現光學計算機方面發揮不可或缺的作用，助力人類處理由人工智能技術驅動的海量數據。

總編輯圈點：

當電子吸收光子并躍遷到更高的能級時，激子就產生了。激子是開發下一代低熱量發光元件和量子信息技術光源的關鍵。本文中，韓國和俄羅斯的團隊共同開發出一種納米激子晶體管，能夠可逆地控制激子，且這種晶體管可以快速處理大量數據。在數據爆炸時代，對電子器件數據處理能力的期待已經越來越高。我們熟悉的人工智能，更是需要大量數據“喂養”“訓練”，才能真正為人類提供幫助。納米激子晶體管或將成為構建新一代光學計算機的關鍵。

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