Forschung -

TMDCs können Computergeschwindigkeiten millionenfach erhöhen

Übergangsmetalldichalkogenide (TMDCs) besitzen optische Eigenschaften, mit denen Computer millionenfach schneller laufen und Informationen millionenfach energieeffizienter speichern könnten - so eine Studie der Georgia State University.

leer Computer arbeiten zwar bereits im Bruchteil einer Nanosekunde, aber die Forscher schlagen nunmehr vor, Computer auf der Basis von TMDCs, atomar dünnen Halbleitern, zu realisieren, was sie dann in den Femtosekundenbereich bringen würde. Dies würde auch die Geschwindigkeit des Computerspeichers um das Millionenfache erhöhen.

"Es gibt nichts Schnelleres als Licht", sagte Dr. Mark Stockman, Hauptautor der Studie und Direktor des 'Center for Nano-Optics' und Professor am 'Department of Physics and Astronomy' der Universität.

"Der einzige Weg, viel schnellere Computer zu bauen, ist die Verwendung von Optiken und nicht von Elektronik. Die Elektronik, die von aktuellen Computern verwendet wird, kann nicht schneller funktionieren, weshalb die Ingenieure die Anzahl der Prozessoren erhöhen. Wir schlagen aber die TMDCs vor, um Computer eine Million Mal effizienter zu machen. Das ist ein grundlegend anderer Ansatz für die Informationstechnologie."

Die Forscher schlagen eine Theorie vor, nach der die TMDCs das Potenzial haben, Informationen innerhalb weniger Femtosekunden zu verarbeiten. Ein TMDC hat eine hexagonale Gitterstruktur, die aus einer Schicht von Übergangsmetallatomen besteht, die zwischen zwei Schichten aus Chalkogenatomen angeordnet ist.

Diese hexagonale Struktur unterstützt die Geschwindigkeit des Computerprozessors und ermöglicht zudem eine effizientere Informationsspeicherung.

Die Ergebnisse wurden in der Zeitschrift "Physical Review B" ("Femtosecond valley polarization and topological resonances in transition metal dichalcogenides") veröffentlicht.

Die TMDCs haben eine Reihe positiver Eigenschaften, darunter Stabilität, Ungiftigkeit, Dünnheit, Leichtigkeit und mechanische Festigkeit. Beispiele sind Molybdändisulfid (MOS2) und Wolframdiselenid (WSe2).

TMDCs sind Teil einer großen Familie von 2-D Materialien, die nach ihrer außergewöhnlichen Dünnheit von einem oder wenigen Atomen benannt sind. In dieser Studie haben die Forscher auch die optischen Eigenschaften der TMDCs ermittelt, die es ihnen ermöglichen, ultraschnell zu sein.

In der hexagonalen Gitterstruktur von TMDCs rotieren Elektronen mit verschiedenen Zuständen im Kreis, wobei sich einige Elektronen nach links und andere nach rechts drehen, je nach ihrer Position auf dem Hexagon. Diese Bewegung verursacht einen neuen Effekt, der als topologische Resonanz bezeichnet wird.

Ein solcher Effekt ermöglicht es, in nur wenigen Femtosekunden ein Informationsteil zu lesen, zu schreiben oder zu verarbeiten. Es gibt zahlreiche Beispiele für TMDCs, sodass die Forscher in Zukunft die besten für die Computertechnologie ermitteln wollen.

Dr. Mark I. Stockman ist Gründer und Direktor des 'Center for Nano-Optics' an der Georgia State University. Seine Hauptziele sind die Weiterentwicklung der Nanooptik an der Universität sowie die Sensibilisierung und Finanzierung dieses Fachgebiets. Er möchte auch den Unterricht in den Nanowissenschaften verbessern und fördern und die Ausbildung von Studenten, die sich für dieses Fach interessieren, bereichern.

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