http://www.sciencehuman.com 科学人 网站 2011-11-27
据美国物理学家组织网11月24日（北京时间）报道，近年来，科学家在利用光束替代电子完成计算任务方面取得了很多成就，如今麻省理工学院（MIT）的研究人员又填补了一项空白，其能够基于标准硅材料制造光子芯片，而硅正是构成当前大部分电子产品的基础。
在目前的通信系统中，数据大都由光束携带通过光纤进行传输。一旦光学信号到达目的地，其将转化为电子形态，通过电子线路进行处理，然后再借助激光转换回光。新装置能够免除这些额外的电子转换步骤，直接处理光学信号。相关研究报告发表在11月13日的《自然·光子学》杂志网络版上。
该校材料科学和工程系的卡罗琳·罗丝教授表示，这个组件类似于电子二极管。二极管允许电流沿一个方向流动，并约束它不流向其他方向，在这种情况下，便形成了光的“单行道”。
为了研发这一装置，研究人员必须找到一种既透明又具有磁性的材料，而这两种特性很少能同时实现。他们最终采用了名为石榴石的材料。研究人员采用了石榴石薄膜沉积等方法，整个系统能基于现有的标准微芯片制成，制造过程因此得以大大简化。
新光学芯片可大幅提升数据传输系统的速度，因为光的传输速度大于电子，而且光学计算能借助多条光束，携带不同的多个数据流，无障碍地穿过单光纤或电路。
罗丝表示，基于硅的新系统比基于其他材料的系统更容易实现商业化，因为很多人都知道怎么处理硅，这或将为开发下一代高速通信系统奠定基础。明尼苏达大学电子与计算机工程系的伯达尼·斯戴德教授也表示，这是光纤通信领域的一个巨大进展。这一成就十分重要，是首次将石榴石整合入硅装置中。（记者 张巍巍）
总编辑圈点
当人类向着超高速信息处理的美好年代投去憧憬一瞥时，那前方出现的曼妙身影必然是光子芯片，此缘已注定。而熟稔的、现正陪伴着我们的电子芯片，只能悄然退场。目前，最先进的光子芯片的数据传输率为10Gb/秒，是个人电脑的几千倍，下一代设备更有望达到40Gb/秒，但我们知道，它还不能实际应用。相比于电子，让光子听由我们的安排更为不易，不过，这也是本文中麻理团队正在完成的——于标准工业芯片之上，像驾驭电信号一样任意控制和引导光。
[科技日报]
相关报道
隧道场效应晶体管可为计算机节能99%
本报讯 据美国物理学家组织网近日报道，瑞士科学家表示，到2017年，利用量子隧道效应研制出的隧道场效应晶体管有望将计算机和手机的能耗减少到目前的百分之一。
瑞士洛桑理工大学的科学家阿德里安·约内斯库在为英国《自然》杂志撰写的一篇文章中提出了上述看法，该文章是《自然》杂志有关硅的特别报道的一部分。约内斯库指出，目前，瑞士洛桑理工大学、IBM位于瑞士的实验室以及法国原子能委员会下属的电子信息技术研究所等机构的科学家都在进行与隧道场效应晶体管有关的研究。
现在的计算机包含有无数个晶体管，仅仅CPU内就有不下10亿个晶体管，这些小的晶体管通过打开和关闭来提供用0和1表示的二进制指令，从而让我们能够发送邮件、观看视频、移动鼠标等。现在的晶体管使用的技术名叫“场效应”——通过该效应，电压诱导一个电子隧道来激活晶体管，但是，场效应技术正在慢慢达到其极限，尤其在降低能耗方面已经没有什么施展的空间了。
不过，隧道场效应晶体管技术则基于迥然不同的原理。在隧道场效应晶体管中，两个小槽被一个能量势垒分开。在第一个小槽中，一大群电子在静静等待着，晶体管没有被激活，当施加电压时，电子就会通过能量势垒并且移入第二个小槽内，同时激活晶体管。
根据量子理论，有些电子纵使明显缺乏足够的能量来穿过能量势垒，它们也能做到这一点，这就是量子隧道效应。通过减少能量势垒的幅度，增强并利用量子效应将成为可能，因此，电子穿过势垒所需要的能量会大大减少，晶体管的能耗也会因此而显著下降。
约内斯库解释道：“通过用隧道效应取代传统场效应晶体管利用的场效应，我们能将施加于晶体管的电压从1伏特减少到0.2伏特。从实用角度来考虑，电压减少可将能耗减少到以前的百分之一。新一代微处理芯片将整合传统的场效应技术和隧道场效应晶体管技术。IBM公司和法国电子信息技术研究所研制出的模型现已进入工业化生产阶段的前期，我们有理由相信，到2017年，隧道场效应晶体管将进入大规模制造阶段。”
约内斯库认为，隧道场效应晶体管技术无疑是微处理器领域下一个巨大的技术进步。他说：“我们正在进行的一个研究项目是找到减少处理器能耗的办法，隧道场效应晶体管有望帮助我们实现这个目标。最终我们要设计出超级小型化的零能耗的个人电子助手。”（刘霞）
[科技日报]