1956年、アメリカの物理学者ジョン・バーディーン、ウォルター・ブラッテン、ウィリアム・ショックレーは、電子工学の分野に完全な革命をもたらした功績によりノーベル物理学賞を受賞しました。彼らは、コンピューター、ラジオ、電卓などのより小型で安価な機器の開発を可能にした現代の電子機器の基本的な構成要素の1つを発明し、3,350億ドル規模の産業を生み出しました。
彼らの功績は業界にとって非常に重要なので、現代のあらゆる電子システムに見出すことができます。20世紀最大の発明の一つと考える人もいる。番目 世紀。それで、これらの物理学者は何を開発したのでしょうか?1947年、ベル研究所で米国の電話システム用の新しい増幅器を開発していたチームは、 トランジスタ。
トランジスタは、砂の中によく含まれる化学元素であるシリコンの層から作られた小型の電子部品です。複雑な部分については、 ビジット 対 MOSFET あるいは、NPNとPNPの量子物理学をさらに進めると、トランジスタは電子スイッチ、デジタル ロジック、信号増幅回路として機能できる非常に小さなデバイスであるということが要点になります。もともと単一のコンポーネントとしてパッケージ化されていましたが、今日のトランジスタは個別にパッケージ化されているか、より一般的には、 マイクロプロセッサ、 コンピュータ メモリ、およびその他の複雑な集積回路を作成する小さなチップ内に数百万個 (場合によっては数十億個) のトランジスタが相互接続されて組み込まれています。
トランジスタの登場以来、電子機器は劇的に小型化しました。コンピューターは、部屋全体からデスクトップ、そしてウェアラブルデバイスへと進化しました。内部コンポーネントがどれだけ小型化できるかを知るには、 Intelが 2017年に予定しているトランジスタのリリースで、わずか10ナノメートルという史上最小のトランジスタ技術が披露されることになります。しかし、最終的にはトランジスタのサイズを縮小することは経済的に効率的ではなくなります。2021年にはこれが起こるだろうと予測する人もいます。サイズの縮小が不可能になった場合、 トランジスタ技術のイノベーションの未来はどうなるのでしょうか?
同時に、クラウド コンピューティングとビッグ データは、インフラストラクチャからのデータ転送速度の向上を継続的に要求するペースで成長しています。まもなく、光ファイバー相互接続内で使用されるダイオード レーザーのスイッチング限界に達し、大量のデータを扱うデータ センターのユーザーは速度の課題に直面することになります。スイッチング速度を上げる別のオプションはありますか?
トランジスタレーザーを入力します。イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校のニック・ホロニアック・ジュニア氏（最初のLEDとレーザーダイオードの発明者であり、ジョン・バーディーンの博士課程の学生）とミルトン・フェン氏が率いるチームは、2004年に最初の発光トランジスタを開発しました。それ以来、同大学の大学院生たちは、この独自の技術を理解し、改良することに注力してきました。研究チームは、キルヒホッフの法則の1つを拡張して、エネルギー保存則と電荷の平衡を組み込む必要さえありました。
トランジスタレーザーとは何ですか?量子物理学に真っ先に飛び込むことなく言うと、トランジスタ レーザーにはトランジスタの標準的な2つの出力がありますが、今回はそのうちの1つだけが電気出力であり、もう1つはレーザー ビームに焦点を合わせた赤外線を放射します。光出力の利点は、純粋にエネルギー効率の高い速度です。トランジスタ レーザーは、ダイオード レーザーのスイッチングよりも最大100倍高速です。これはすごいですね！イリノイ大学の現在のプロトタイプは、1秒間に7,000億回以上オンとオフを切り替えることができます。トランジスタ レーザーからの出力は変調され、毎秒100億ビットの速度で光信号を送信できます。それでもまだ十分速くないと思われる場合、チームは最終的には室温で毎秒1000億ビット以上を送信できるようになると考えています。これは毎秒DVD 3枚分のデータを送信するのに相当します。
これまで、電気入力を受け取り、電気信号と光信号の両方を同時に出力できるデバイスはありませんでした。トランジスタ レーザーはまだ研究段階にあると考えられていますが、高速コンピューティングの将来について重要な推測の源となっています。この発見は革命的な可能性を秘めていると考えられ、チームの論文は Applied Physics Letters 誌の歴代トップ5論文の1つにランクされ、トランジスタ レーザーは Discover 誌のトップ100の発見の1つに選ばれました。技術者や物理学者は、トランジスタレーザーが通信ネットワークとチップレベルの両方において次世代の高速データ伝送の鍵を握る可能性があると考えています。メモリ チップやグラフィック カードはより高速にデータを転送できるだけでなく、電気信号から光信号への直接変換により、光通信コンピューターなど、これまでは実現不可能だった設計も現実のものになります。最新の高度な粒子加速器からのデータを処理するスーパーコンピューターは、数日ではなく数分で結果を出すことができるようになるだろう。では、これは一般消費者にとって何を意味するのでしょうか?インターネットやゲームが今より速いと思っているなら、トランジスタ レーザー マイクロプロセッサがデータを送信するまで待ってください。トランジスタ レーザーには、既知の用途以外にも、現在では想像もできない何千もの可能性があります。
1963年のリーダーズ・ダイジェストの記事で、ニック・ホロニアックは、彼のLEDが最終的にはトーマス・エジソンの白熱電球に取って代わるだろうと予測しました。彼の予測が現実になるにつれ、彼の最新の画期的な発明の将来がどうなるのかという疑問が湧いてきます。トランジスタ レーザーは、コンピューティングの次の偉大なフロンティアを切り開くことになるかもしれません。