Bài học rút ra chính
- Các nhà nghiên cứu cho biết một bước đột phá trong việc sử dụng ánh sáng để gửi thông tin có thể dẫn đến các thiết bị tiêu thụ điện năng cực kỳ thấp.
- Các nhà nghiên cứu đã sử dụng một loại chất bán dẫn mới để tạo ra các chấm lượng tử được sắp xếp giống như một hộp trứng.
- Nghiên cứu mới nằm trong số một loạt các công nghệ mới có thể cho phép các thiết bị tiêu thụ điện năng cực thấp.
Một bước đột phá gần đây trong việc gửi thông tin bằng ánh sáng có thể dẫn đến các thiết bị tiêu thụ điện năng cực kỳ thấp.
Các nhà nghiên cứu đã chứng minh cách họ có thể sử dụng hiệu ứng lượng tử được gọi là độ phi tuyến tính để sửa đổi và phát hiện các tín hiệu ánh sáng yếu. Sự phát triển cuối cùng có thể được sử dụng trong các thiết bị điện tử cá nhân. Nhưng đừng mong đợi sẽ sớm thấy một tiện ích lượng tử trong Best Buy bất cứ lúc nào.
"Cách tiếp cận được mô tả trong bài viết này có liên quan và thú vị, nhưng nó dường như còn lâu mới triển khai", Scott Hanson, người sáng lập và giám đốc công nghệ của Ambiq, một công ty chuyên về các thiết bị tiêu thụ điện năng thấp, cho biết trong một cuộc phỏng vấn qua email.
"Các chip được sử dụng trong các thiết bị mới nhất hiện nay dựa trên gần giống 'công tắc' dựa trên silicon đã tồn tại trong nhiều thập kỷ. Ngay cả những thay đổi nhỏ đối với cách sản xuất các chip này cũng mất nhiều năm để triển khai."
Hiệu ứng lượng tử dẫn đến khám phá
Các nhà nghiên cứu đã sử dụng một loại chất bán dẫn mới để tạo ra các chấm lượng tử được sắp xếp giống như một hộp trứng. Nhóm nghiên cứu đã sản xuất cảnh quan năng lượng thùng trứng này với hai mảnh chất bán dẫn, được coi là vật liệu hai chiều vì chúng được làm từ một lớp phân tử duy nhất, chỉ dày vài nguyên tử.
Chất bán dẫn hai chiều có các đặc tính lượng tử rất khác với các khối lớn hơn và có thể được sử dụng trong các thiết bị công suất thấp.
Để điều này được bền vững, chúng ta phải tìm cách duy trì tuổi thọ của pin - nghĩa là chạy thiết bị điện tử với ít năng lượng hơn.
"Các nhà nghiên cứu đã tự hỏi liệu các hiệu ứng phi tuyến có thể phát hiện được có thể duy trì ở mức năng lượng cực thấp cho từng photon hay không. Điều này sẽ đưa chúng ta đến giới hạn tiêu thụ điện năng cơ bản trong xử lý thông tin", Hui Deng, một giáo sư vật lý và tác giả cao cấp của bài báo trên Nature mô tả nghiên cứu, cho biết trong một bản tin.
Một thách thức quan trọng mà các nhà nghiên cứu phải vượt qua là làm thế nào để điều khiển các chấm lượng tử. Để kiểm soát các chấm như một nhóm có ánh sáng, nhóm nghiên cứu đã chế tạo một bộ cộng hưởng bằng cách tạo một gương ở phía dưới, đặt chất bán dẫn lên trên nó, sau đó đặt một gương thứ hai lên trên chất bán dẫn.
"Bạn cần kiểm soát độ dày thật chặt để chất bán dẫn ở mức tối đa của trường quang học", Zhang Long, một nghiên cứu sinh sau tiến sĩ trong phòng thí nghiệm của Deng và là tác giả đầu tiên của bài báo, cho biết trong thông cáo báo chí..
Các chất bán dẫn 2D mới có thể đưa các thiết bị lượng tử lên đến nhiệt độ phòng chứ không phải là nhiệt độ quá lạnh như hiện nay.
"Chúng ta đang đi đến hồi kết của Định luật Moore," Steve Forrest, giáo sư kỹ thuật và đồng tác giả của bài báo nói, đề cập đến xu hướng mật độ bóng bán dẫn trên chip tăng gấp đôi sau mỗi hai năm, trong bản tin tức.
"Vật liệu hai chiều có nhiều đặc tính điện tử và quang học thú vị, trên thực tế, có thể dẫn chúng ta đến vùng đất ngoài silicon."
Nếu nghiên cứu của Deng thành công, Thiết bị điện cực thấp (ULPD) có thể mang lại lợi ích to lớn cho người dùng, Charlie Goetz, Giám đốc điều hành của Powercast, một công ty điện không dây, cho biết trong một cuộc phỏng vấn qua email."Chúng sẽ cho phép các mạng IoT phổ biến được định cấu hình và triển khai. Những mạng này sẽ cung cấp cho AI, sau đó có thể chuyển đổi số lượng đầu vào thành đầu ra chất lượng", ông nói thêm.
"ULPDs sẽ là yếu tố thúc đẩy các thành phố thông minh hơn, xanh hơn, an toàn hơn, hiệu quả hơn trong tương lai."
Khám phá nhiều con đường dẫn đến nguồn điện thấp
Các nhà nghiên cứu đang khám phá một loạt các công nghệ khác có thể cho phép các thiết bị tiêu thụ điện năng cực thấp.
"Đã có những tiến bộ ấn tượng trong không gian Hệ thống trên chip (SoC) vài năm gần đây", Goetz nói. "Những thiết bị tiêu thụ năng lượng thấp này có thể chạy pin trong nhiều năm và đáng kể hơn là có thể được cấp nguồn không dây ở khoảng cách xa bằng tần số vô tuyến hoặc trong một số trường hợp là hồng ngoại."
Nhân loại đang bơi trong pin từ điện thoại thông minh đến thiết bị báo cháy, Hanson nói. "Điều này nhanh chóng trở nên không thể quản lý được khi quần áo, nhà cửa và các thành phố xung quanh chúng ta đều trở nên 'thông minh' và 'được kết nối'", anh ấy nói thêm.
"Để điều này được bền vững, chúng ta phải tìm ra cách để duy trì tuổi thọ của pin - có nghĩa là chạy thiết bị điện tử với ít năng lượng hơn. Các công nghệ đạt được mục tiêu 'sử dụng ít năng lượng hơn' là rất quan trọng."
