A Lajos-Miksa Egyetem, a Max Planck Kvantumoptikai Intézet, a Bécsi Műszaki Egyetem és a Grazi Műszaki Egyetem német-osztrák fizikuscsapata meghatározta a tranzisztorok jelsebességének maximális fizikai határát.

A tudósok szerint a mikrochipek elméleti maximális sebessége jelenleg most egymillió GHz, amely egy Petahertz. Ez körülbelül 100 000-szer gyorsabb a mai tranzisztoroknál. Ám az már most is nagy kérdés, hogy a szakemberek valaha képesek lesznek-e ilyen számítástechnikai chip gyártására.

A mikroelektronika két megközelítést alkalmaz a számítógépek gyorsabbá tétele érdekében. Az egyik, hogy az alkatrészeket egyre kisebbé próbálják tenni, hogy az adatátvitel (A-ból B-be tartó jelút) szó szerint ne tartson olyan sokáig. Azt már tudjuk, hogy ennek a miniatürizálásnak a fizikai határa egy atom mérete. (Fizikailag egy áramkör nem lehet kisebb.) A gyorsabb adatátvitel másik lehetősége a tranzisztorok kapcsolási jeleinek önmagukban történő felgyorsítása. Ezek a mikrochipek azon alkatrészei, amelyek lehetővé teszik az áram áramlását vagy blokkolják azt. Ez volt a német-osztrák fizikuscsoport kutatásának kiinduló pontja.

Martin Schultze szerint minél gyorsabb akar lenni, annál magasabbnak kell lennie az elektromágneses jelnek. Így viszont egy ponton bekerülünk a fényfrekvencia tartományába, amely elektromágneses jelként is használható. Ez történik például az optoelektronikában, ahol a fény segítségével gerjesztik a félvezetőben lévő elektronokat a vegyértékből.

A dielektromos anyag a sebességrekordok első számú jelöltje

Hatékony dielektromos anyagnak számít az üveg és a kerámia, mert a félvezetőkkel összehasonlítva sokkal több energiát igényelnek. Viszont a több energia lehetővé teszi a magasabb frekvenciás fény alkalmazását is, így a gyorsabb adatátvitel is lehetővé válik. A problémát ilyenkor csak az jelenti, hogy a szilárd dielektromos anyagok nem tudják vezetni az áramot anélkül, hogy ne sérüljenek, vagy ne menjenek előbb-utóbb tönkre. Nyilván a fizikusok arra törekednek, hogy ezt a fizika állapotváltozást a lehető leghosszabb ideig kiküszöböljék.

Ennek érdekében a fizikusok ultrarövid lézerimpulzust használtak, amelynek frekvenciája az extrém UV-tartományba esik. Ezzel a lézerimpulzussal bombáztak egy lítium-fluorid mintát. A lítium-fluorid dielektromos anyag, és az ismert anyagok közül a legnagyobb sávrésszel rendelkezik.(Sávrész: távolság a vegyérték és a vezetési sáv között). Az ultrarövid lézerimpulzus a lítium-fluoridban lévő elektronokat energikusabb állapotba hozta, így azok szabadon mozoghattak. Ennek hatására az anyag rövid időre elektromos vezetővé vált. Egy második, valamivel hosszabb lézerimpulzus, a kívánt irányba terelte a gerjesztett elektronokat, elektromos áramot hozva létre. Ezt azután az anyag mindkét oldalán lévő elektródákkal lehetett detektálni.

A mérések arra a kérdésekre adtak választ, hogy az anyag milyen gyorsan reagált az ultrarövid lézerimpulzusra, mennyi idő alatt alakult ki a jel, és mennyi ideig kell várni, mire az anyagot a következő jelnek ki lehet tenni. Marcus Ossiander, a Harvard Egyetem posztdoktori kutatója szerint ebből az következik, hogy a szabályozott optoelektronikai folyamatok felső határa egy petahertz körül van.

A mikrochipek esetében azt még ma nem tudjuk megjósolni, hogy a jövő technológiái mennyire közelednek ehhez a határhoz.