Key takeaways
- Forskare säger att ett genombrott i att använda ljus för att skicka information kan leda till prylar med extremt låg strömförbrukning.
- Forskarna använde en ny typ av halvledare för att skapa kvantprickar ordnade som en äggkartong.
- Den nya forskningen är bland en mängd nya tekniker som kan möjliggöra enheter med ultralåg effekt.
Ett nyligen genomfört genombrott i att skicka information med hjälp av ljus kan leda till prylar med extremt låg strömförbrukning.
Forskare visade hur de kunde använda en kvanteffekt känd som olinjäritet för att modifiera och detektera svaga ljussignaler. Utvecklingen kan så småningom användas i personlig elektronik. Men förvänta dig inte att se en kvantgadget i Best Buy när som helst snart.
"Tillvägagångssättet som beskrivs i den här artikeln är relevant och spännande, men det verkar vara långt ifrån implementering," Scott Hanson, grundare och teknisk chef för Ambiq, ett företag som specialiserar sig på lågeffektsenheter, sa i en e-postintervju.
"De chips som används i dagens senaste prylar är baserade på ungefär samma kiselbaserade "switchar" som har funnits i decennier. Även mindre förändringar av hur dessa chips tillverkas tar många år att installera."
kvanteffekter leder till upptäckt
Forskarna använde en ny typ av halvledare för att skapa kvantprickar arrangerade som en äggkartong. Teamet producerade detta energilandskap för äggkartong med två flingor av halvledare, som anses vara tvådimensionella material eftersom de är gjorda av ett enda molekylärt lager, bara några atomer tjocka.
Tvådimensionella halvledare har kvantegenskaper som skiljer sig mycket från större bitar och kan användas i enheter med låg effekt.
För att detta ska vara hållbart måste vi hitta ett sätt att bevara batteritiden – vilket innebär att köra elektronik med mindre ström.
"Forskare har undrat om detekterbara olinjära effekter kan upprätthållas vid extremt låga effektnivåer ner till enskilda fotoner. Detta skulle föra oss till den grundläggande nedre gränsen för energiförbrukning vid informationsbehandling," Hui Deng, fysikprofessor och senior författare till tidningen i Nature som beskriver forskningen, sade i ett pressmeddelande.
En viktig utmaning som forskarna var tvungna att övervinna var hur man kontrollerar kvantprickarna. För att kontrollera prickarna som en grupp med ljus byggde teamet en resonator genom att göra en spegel längst ner, lägga halvledaren ovanpå den och sedan lägga en andra spegel ovanpå halvledaren.
"Du måste kontrollera tjockleken mycket noggrant så att halvledaren är på det maximala av det optiska fältet", säger Zhang Long, en postdoktor i Dengs labb och första författare på tidningen, i pressmeddelandet.
De nya 2D-halvledarna skulle kunna få upp kvantenheter till rumstemperatur snarare än den extrema kyla som för närvarande krävs.
"Vi närmar oss slutet av Moores lag", sa Steve Forrest, ingenjörsprofessor och medförfattare till tidningen, och hänvisade till trenden med att tätheten av transistorer på ett chip fördubblas vartannat år, i pressmeddelandet.
"Tvådimensionella material har många spännande elektroniska och optiska egenskaper som faktiskt kan leda oss till det landet bortom kisel."
Om Dengs forskning lönar sig kan Ultra-Low Power Devices (ULPD) vara till enorm nytta för användarna, sa Charlie Goetz, VD för Powercast, ett trådlöst kraftbolag, i en e-postintervju."De kommer att göra det möjligt att konfigurera och distribuera allestädes närvarande IoT-nätverk. Dessa kommer i sin tur att mata AI, som sedan kan omvandla mängden input till kvalitetsutdata", tillade han.
"ULPD:er kommer att vara den möjliggörande faktorn som kommer att skapa grönare, säkrare, mer effektiva och smarta städer i framtiden."
Undersök många vägar till låg effekt
Forskare utforskar en mängd andra tekniker som kan möjliggöra enheter med ultralåg effekt.
"Det har gjorts imponerande framsteg inom System on a Chip (SoC)-utrymmet de senaste åren", sa Goetz. "Dessa energisnåla enheter kan köras i åratal på ett batteri och, ännu viktigare, kan de drivas trådlöst på avstånd med hjälp av radiofrekvenser eller i vissa fall infraröd."
Mänskligheten simmar i batterier från smartphone till brandlarm, sa Hanson. "Det här blir snabbt ohanterligt eftersom våra kläder, hem och städer runt omkring oss alla blir "smarta" och "anslutna", tillade han.
"För att detta ska vara hållbart måste vi hitta ett sätt att bevara batterilivslängden - vilket innebär att köra elektronik med mindre ström. Teknik som uppnår detta mål att "smutta på mindre ström" är avgörande."
