Aujourd'hui, les dispositifs électriques bistables sont à la base de l'électronique numérique, servant de blocs de construction de commutateurs, portes logiques et mémoires dans les systèmes informatiques. Cependant, la bande passante de ces calculateurs électroniques est limitée par le retard de signal des constantes de temps importantes pour les opérations de logique électronique. Pour tenter d'atténuer ces problèmes, les scientifiques ont envisagé le développement d'un ordinateur numérique optique, et une équipe est allée jusqu'à démontrer la bistabilité optique et électrique pour la commutation dans un seul transistor.

Cette semaine, dans le Journal de physique appliquée , une équipe de recherche de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign présente ses découvertes concernant la bistabilité optique et électrique d'un seul transistor fonctionnant à température ambiante.

Avant ce travail, des puits quantiques ont été incorporés près du collecteur dans la base d'un transistor bipolaire à hétérojonction III-V, résultant en une durée de vie de recombinaison spontanée radiative fortement réduite du dispositif. La bande passante de modulation du courant laser est liée aux durées de vie de recombinaison du rayonnement électron-trou, durée de vie des photons et densité de photons de la cavité.

Dans une méthode brevetée par deux des auteurs de l'article, souvent appelée l'idée de Feng et Holonyak, l'absorption optique peut être encore améliorée par l'intensité des photons cohérents de la cavité du laser à transistor. En utilisant la propriété unique de la modulation tunnel assistée par photons intra-cavité, les chercheurs ont pu établir une base de modulation de tension laser directe et de commutation à des vitesses de gigahertz élevées.

Les chercheurs ont découvert que les bistabilités électriques et optiques du laser à transistor étaient contrôlables par le courant de base et la tension du collecteur. La commutation de courant s'est avérée être due au décalage de fonctionnement de la base du transistor entre le processus de recombinaison électron-trou stimulé et spontané au niveau du puits quantique base.

Selon Milton Feng, du groupe de recherche, c'était la première fois que cela était fait.

"Nous mettons un transistor à l'intérieur d'une cavité optique, et la cavité optique contrôle la densité de photons dans le système. Donc, si j'utilise l'effet tunnel pour absorber le photon, puis le puits quantique pour générer le photon, alors je peux fondamentalement régler la tension et contrôler le courant la commutation électrique et optique entre l'état cohérent et incohérent pour la lumière, et entre recombinaison stimulée et spontanée pour le courant, " dit Feng.

Par rapport aux enquêtes précédentes, qui contenait une hystérésis optique dans des cavités contenant des milieux à gain absorbant et dispersif non linéaires, les principes de fonctionnement en tant que processus physiques et mécanismes de fonctionnement dans les bistabilités électro-optiques des lasers à transistors sont considérablement différents. Dans ce cas, des chemins de commutation différents entre les états d'énergie optique et électrique entraînent des seuils différents de tension de collecteur d'entrée, d'où cette différence considérable de méthode et de résultats.

« En raison des différences de chemin de commutation entre les densités de photons de cavité cohérentes et incohérentes réagissant avec la modulation de la tension du collecteur via la tunnellisation assistée par photons intra-cavité Feng-Holonyak entraînant la différence de tension du collecteur lors des opérations de commutation vers le haut et vers le bas, la bistabilité du laser transistor est réalisable, contrôlable et utilisable, " dit Feng.

Les chercheurs pensent que les opérations d'hystérésis et de bistabilité électro-optiques sous la forme compacte du laser à transistor peuvent être utilisées pour des applications de porte logique optique à grande vitesse et de bascule.

"J'espère que le nouveau domaine de recherche s'étendra de l'électronique - des corps en électronique qui transportent à l'état solide - au domaine électro-optique dans un circuit intégré, qui va être la grande percée pour la future génération de transfert de données à haute vitesse, " dit Feng.