Kể từ khi laser xuất hiện lần đầu tiên cách đây gần 50 năm, các nhà khoa học  và kỹ thuật  đã mơ về khả năng tạo ra một mạch hoàn toàn quang học mà ở đó các điện tử  được thay thế bởi các photon.

Trong khi thông tin  rất dễ dàng truyền dẫn bằng ánh sáng trong các sợi cáp quang  thì việc đảo và xử lý thông tin  quang còn tương đối phức tạp trong việc chuyển đổi từ photon sang electron và ngược lại: chậm và tiêu tốn khá nhiều năng lượng.

Trên thực tế thì còn một khoảng cách khá xa để đến với các mạch photonic trong các máy tính  hay các ứng dụng thông thường hàng ngày khác bởi vì các mạch này đòi hỏi phải được thao tác ở không gian kích thước  nanomet dẫn đến khá nhiều khó khăn. Hơn nữa các bộ khóa chùm tia, cho phép năng lượng từ một chùm khuếch đại chùm khác, thường đòi hỏi các tinh thể photonic lớn. 

Hình 1. Bố trí thí nghiệm: a) trạng thái năng lượng của đơn phân tử, b) thời gian  tác động của chùm laser, c) sơ đồ hệ quang học và ảnh chụp hệ quang học (Nature 460 (2009) 76).

Mới đây, Vahid Sandoghdar cùng các đồng nghiệp ở Viện Công nghệ  Liên bang Thụy Sĩ, Zurich (ETH Zurich) đã tạo ra thứ mà họ gọi là transistor quang nhỏ nhất thế giới  chỉ từ một đơn phân tử chất nhuộm màu (dye molecular). Linh kiện hoạt động  nhờ việc làm  yếu đi hoặc khuếch đại một “cực nguồn” tia laser phụ thuộc vào công suất của của chùm tia ở cổng “gate”, có thể giúp cho việc tạo ra một mạch toàn quang hay xa hơn là các máy điện toán quang học ở một bước tiếp cận gần hơn.

Hoạt động đơn giản.

“Bằng cách điều khiển các bậc suy giảm và khuếch đại thông qua công suất của chùm laser ở cực gate, chúng tôi  đã biểu diễn  một transistor nhỏ nhất cho đến hiện tại” – Sandoghdar nói. Nguyên lý hoạt động  của linh kiện khá đơn giản – theo lời của Sandoghdar: Khi phân tử được đặt trong trạng thái kích thích bởi chùm tia laser ở cực cổng, nó sẽ phát xạ ra một photon và do đó khuếch đại công suất của chùm tia cực nguồn.

Chìa khóa then chốt để tạo transistor quang này làhội tụ chùm sáng vào một đơn phân tử ở nhiệt độ thấp, tạo ra một liênkết phân tử nhẹ rất mạnh cho phép phân tử gây ảnh hưởng lên ánh sánglaser. Mặc dù liên kết mạnh đã được tạo ra trước đó nhưng nó chỉ đượctiến hành trong các hốc quang học mà ở đó các tương tác có thể đượctăng cường. Tuy nhiên, thậm chí các hốc quang học nhỏ nhất lớn còn lớnhơn kích thước  một micromet, có nghĩa là các linh kiện kia không thểđược tạo ra nhỏ hơn so với linh kiện này. 

Hình 2.Một số kết quả của thí nghiệm: a) phổ truyền qua của tia đầu dò cho đơnphân tử ở trạng thái cơ bản (pump off), b) Kết quả ở trạng thái đảo mậtđộ tích lũy (Nature 460 (2009) 76).

Đóng gói mật độ cao.

Ngược lại, các thí nghiệm của nhóm ETH Zurich có thểdẫn đến việc đóng gói mật độ cao các transistor quang kích cỡ nanomet.Các tính toán lý thuyết của nhóm cũng đã chỉ ra rằng có khả năng xâydựng cách mạch phức tạp mà ở đó nhiều bộ phát (emitters) có thể liênkết với các ống dẫn sóng siêu nhỏ có thể mang thông tin  quang trên mộtcon chip.

“Và mặc dù thí nghiệm được tiến hànhvới các chùm tia laser truyền thống, nhưng nó cũng có thể làm việc  vớicác chùm tia sáng phi truyền thống  ở mức độ đơn photon” – Sandoghdar giải thích – “Có nghĩa là thông tin  lượng tử có thể được xử lý”.

Bạn có ý kiến gì về bài viết Transistor quang đơn phân tử nhỏ nhất thế giới này? Hãy gởi suy nghĩ, bình luận, đánh giá, lời khuyên ... của bạn về bài viết Transistor quang đơn phân tử nhỏ nhất thế giới bạn tại đây.