世界上最小的光晶体管问世 打破尺寸记录

　　来自瑞士的研究人员日前制作出号称是“世界上最小的光晶体管”——仅由一个单一染料分子组成。该器件的问世意味着又朝全光电路和光子计算应用迈出重大一步。

　　自从1960年第一个激光器问世以来，科学家和工程师一直梦想着用光子取代电子来制作“电路”，在这里，玻璃纤维或波导将扮演电缆或线路的角色，用来传导光，而光开关、晶体管和二极管也将被用到，光子集成电路相比传统的电子集成电路具有很多明显优势，包括信号屏蔽性，速度更快，散热更是少，带宽更大，更低串扰等。

　　遗憾的是，到目前为止，光子集成电路依然离桌面计算机和其他日常应用相差甚远，主要原因是这些电路需要在纳米级(Nanoscopic，1~100nm ）的空间内控制光子，要做到这一点非常困难。另外，将光束有效混合（将一个光束能量转移到其他光束上）也需要macrosized的晶体。

　　尽管如此，光子集成电路研发的脚步并没有停止，最近纳米光学研究突飞猛进，让人们看到新的希望。来自瑞士联邦理工学院(Swiss Federal Institute of Technology，ETH Zurich)的研究人员最近宣布，已利用单分子(molecule)开发出一种光学晶体管。

　　透过将激光束集中在单分子上，ETH Zurich的科学家只用单个分子就产生激光运作的基本条件──受激发射(stimulated emission)。由于在低温下，分子会增加它们的外表面积(apparent surface area)来跟光线互动，因此研究人员将分子冷却到摄氏零下272度，也就是只比绝对零度高1度。

两条光束瞄准单分子

　　在受控制的模式下，利用一道激光束来让单个分子进入量子态(controlled fashion)，研究人员如此能明显的缩减或是放大第二道激光束。这种运作模式与传统的晶体管如出一辙；晶体管内的电位(electrical potential)能用来调变第二个信号。不过ETH Zurich并未透露其单分子的化学方程式。

　　由于其性能与散热效能的优势，光子运算技术是科学家们长期追求的目标；光子(photon)不仅发热比电子少，也能达到高出相当多的数据传输速率。不过光通讯技术却只能逐步地从长距离通讯，进展到短距离通讯，再进入单系统中。

光晶体管示意图

　　尽管如此，包括电动(electronically-operated)与光动(optically-operated)的光交换机，都已经被开发出来。ETH Zurich的物理化学实验室教授Vahid Sandoghdar表示，光子技术与目前的电子技术相比，就很像今日的IC之于1950年代的真空管放大器。

　　ETH Zurich所开发的单分子光学晶体管，也有助于催生量子计算机。Sandoghdar表示，要在晶体管内用光子来替代电子，还需要很多年的时间；在此同时，科学家也在研究如何巧妙运用并控制量子系统，以实现量子计算机的梦想。

（编辑：夹心）