Hoy dia, Los dispositivos eléctricos biestables son la base de la electrónica digital. sirviendo como bloques de construcción de interruptores, puertas lógicas y memorias en sistemas informáticos. Sin embargo, el ancho de banda de estas computadoras electrónicas está limitado por el retardo de la señal de las constantes de tiempo importantes para las operaciones lógicas electrónicas. En un intento por mitigar estos problemas, Los científicos han considerado el desarrollo de una computadora digital óptica, y un equipo ha ido tan lejos como para demostrar la biestabilidad óptica y eléctrica para la conmutación en un solo transistor.

Esta semana, en el Revista de física aplicada , un equipo de investigación de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign presenta sus hallazgos sobre la biestabilidad óptica y eléctrica de un solo transistor operado a temperatura ambiente.

Antes de este trabajo, Se incorporaron pozos cuánticos cerca del colector en la base de un transistor bipolar de heterounión III-V, dando como resultado una vida útil de recombinación espontánea radiativa muy reducida del dispositivo. El ancho de banda de la modulación de la corriente del láser está relacionado con la vida útil de la recombinación de la radiación del agujero de electrones, vida útil de los fotones y densidad de fotones de la cavidad.

En un método patentado por dos de los autores del artículo, a menudo referido como la idea de Feng y Holonyak, la absorción óptica puede mejorarse aún más mediante la intensidad fotónica coherente de la cavidad del láser de transistor. Usando la propiedad única de la modulación de tunelización asistida por fotones dentro de la cavidad, los investigadores pudieron establecer una base de modulación de voltaje de láser directo y conmutación a altas velocidades de gigahercios.

Los investigadores encontraron que las biestabilidades eléctricas y ópticas del láser de transistores se pueden controlar mediante la corriente de base y el voltaje del colector. Se descubrió que el cambio de corriente se debe al cambio de operación de la base del transistor entre el proceso de recombinación de agujeros de electrones estimulado y espontáneo en el pozo cuántico de la base.

Según Milton Feng, del grupo de investigación, esta fue la primera vez que se hizo esto.

"Colocamos un transistor dentro de una cavidad óptica, y la cavidad óptica controla la densidad de fotones en el sistema. Entonces, si utilizo tunelización para absorber el fotón, y luego el pozo cuántico para generar el fotón, entonces básicamente puedo ajustar el voltaje y controlar la corriente la conmutación eléctrica y óptica entre el estado coherente e incoherente de la luz, y entre recombinación estimulada y espontánea para la corriente, "Dijo Feng.

En comparación con investigaciones anteriores, que contenía histéresis óptica en cavidades que contenían medios de ganancia de absorción y dispersión no lineales, los principios de funcionamiento como procesos físicos y mecanismos de funcionamiento en biestabilidades electroópticas de láser de transistores son considerablemente diferentes. En este caso, diferentes caminos de conmutación entre estados de energía óptica y eléctrica dan como resultado diferentes umbrales de voltaje del colector de entrada, resultando en esta considerable diferencia en el método y los resultados.

"Debido a las diferencias en la ruta de conmutación entre las densidades de fotones de cavidades coherentes e incoherentes que reaccionan con la modulación de voltaje del colector a través de la tunelización asistida por fotones intracavidad de Feng-Holonyak, lo que da como resultado la diferencia de voltaje del colector en las operaciones de encendido y apagado, la biestabilidad del láser de transistor es realizable, controlable y utilizable, "Dijo Feng.

Los investigadores creen que las operaciones de histéresis electroóptica y biestabilidad en la forma compacta del láser de transistor se pueden utilizar para aplicaciones de puerta lógica óptica de alta velocidad y flip-flop.

"Espero que el nuevo dominio de la investigación se extienda de la electrónica, de los cuerpos en la electrónica que se transportan en estado sólido, al dominio electrónico-óptico en un circuito integrado, que será el gran avance para la futura generación de transferencia de datos de alta velocidad, "Dijo Feng.