TDK宣布其已成功研發(fā)出世界首臺“自旋光電探測器”，一款集成光、電子和磁性元件的光自旋電子轉(zhuǎn)換元件一通過利用波長為800納米的光，將響應(yīng)速度提高至20皮秒(20×10-12秒)，比傳統(tǒng)基于半導(dǎo)體的光電探測器快10倍以上。新器件有望成為實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換技術(shù)的關(guān)鍵驅(qū)動因素，在提高(尤其是在AI應(yīng)用中)數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)處理速度的同時降低能耗。

以更高的速度、更低的能耗實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)傳輸，是人工智能技術(shù)演進(jìn)的必由之路。為了進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和計(jì)算，需要通過電信號在CPU/GPU芯片之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸以及將數(shù)據(jù)傳輸出/入存儲器。因此，對光通信和光互連的需求不斷增加，因其能夠?qū)崿F(xiàn)不受互連距離影響的高速度。此外，作為緊密融合光元件和電子元件的技術(shù)，光電轉(zhuǎn)換技術(shù)在全球市場上的受關(guān)注度也越來越廣。

為了解決諸如此類的挑戰(zhàn)，TDK將其目前應(yīng)用于數(shù)十億個HDD磁頭的磁隧道結(jié)(MTJ)技術(shù)應(yīng)用于光子學(xué)領(lǐng)域的硬盤磁頭。該技術(shù)的主要優(yōu)勢之一在于使用了單晶基板，因此不涉及晶體生長，且該器件的成型與基板材料無關(guān)。相較而言，傳統(tǒng)基于半導(dǎo)體的光電探測器在波長較短的情況下存在物理限制。由于自旋光電探測器的工作原理完全不同，且利用了電子加熱現(xiàn)象，因此即使波長縮短，也能以超高速度運(yùn)行。此外，運(yùn)行波長范圍較廣，目前已確認(rèn)的運(yùn)行波長范圍為從可見光到近紅外光。TDK已與磁性材料超快現(xiàn)象測量領(lǐng)域的研究先驅(qū)日本大學(xué)聯(lián)手，成功完成了自旋光電探測器的運(yùn)行演示。

不僅如此，得益于其能夠高速探測可見光的優(yōu)勢，這款自旋光電探測器對未來預(yù)計(jì)將不斷發(fā)展壯大的應(yīng)用領(lǐng)域而言將大有用處，如用于AR/VR智能眼鏡器件和高速圖像傳感器等。與抗宇宙射線能力較弱的傳統(tǒng)半導(dǎo)體光感設(shè)備相比，MTJ元件具備很強(qiáng)的抗宇宙射線能力，預(yù)計(jì)將被用作航空航天應(yīng)用領(lǐng)域的光探測元件。在上述成果的基礎(chǔ)之上，TDK未來將繼續(xù)完善其高速光探測元件，進(jìn)一步提高其有用性。

術(shù)語

AI：人工智能

光電轉(zhuǎn)換：一項(xiàng)融合了光和電子元件的技術(shù)

光自旋電子轉(zhuǎn)換：TDK自創(chuàng)的術(shù)語，融合了光、電子和磁性元件

HDD：硬盤

CPU：中央處理器

GPU：圖形處理器

自旋：描述粒子(如電子)內(nèi)旋轉(zhuǎn)的一種基本屬性

MTJ：磁隧道結(jié)

AR：增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)

VR：虛擬現(xiàn)實(shí)

主要應(yīng)用

面向數(shù)據(jù)中心和生成式A應(yīng)用的光通信、光互連用光電探測器

AR/VR用光電探測器

主要特點(diǎn)與優(yōu)勢

利用磁隧道結(jié)(MTJ)元件(屬于磁性元件)實(shí)現(xiàn)光探測，而傳統(tǒng)光探測元件屬于半導(dǎo)體元件

超快速光探測

在從近紅外光到可見光的廣泛波長范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)超快速光探測

可在任何板材和多種類型的器件上制備

可應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心、面向生成式AI應(yīng)用的光通信和光互連、以及和AR/VR等領(lǐng)域