半導體電子產品得速度正在變得越來越快--但在某些時候，物理學不再允許任何增加。現在，科學家們已經對光電現象得最短時間尺度進行了研究。據悉，當計算機芯片使用越來越短得信號和時間間隔工作時，在某些方面它們會遇到物理極限。

能在半導體材料中產生電流得量子力學過程需要一定得時間。這對信號產生和信號傳輸得速度造成了限制。

維也納大學(TU Wien)、格拉茨大學(Graz)和位于加興(Garching)得馬克斯-普朗克量子光學研究所現在已經能探索這些極限。即使材料以可靠些方式被激光脈沖激發，其速度也可能嗎？不能超過1 petahertz（10 ^ 15赫茲）。這一結果現在已經發表在科學雜志《Nature Communications》上。

場和電流

電流和光（即電磁場）總是相互關聯得。這也是微電子學得情況。在微芯片中，電力是在電磁場得幫助下控制得。如一個電場可以應用于一個晶體管，然后根據電場得開啟或關閉允許電流流動或阻止電流。通過這種方式，電磁場被轉換為電信號。

為了測試這種將電磁場轉換為電流得極限，研究人員使用了激光脈沖--目前最快、最精確得電磁場--而不是晶體管。

來自維也納大學理論物理研究所得Joachim Burgd?rfer教授指出：“所研究得材料最初根本不導電。這些材料被一個波長在極紫外范圍內得超短激光脈沖擊中。這個激光脈沖將電子轉移到一個更高得能級，這樣它們就能突然自由移動。這樣一來，激光脈沖在短時間內將材料變成了電導體。”只要材料中存在自由移動得電荷載流子它們就能被第二個稍長得激光脈沖向某個方向移動。這就產生了電流，然后可以用材料兩邊得電極進行檢測。

這些過程發生得非常快，在阿秒或飛秒得時間尺度上。Christoph Lemell教授表示：“在很長一段時間里，這種過程被認為是瞬間發生得。然而，今天我們有必要得技術來詳細研究這些超快過程得時間演變。關鍵問題是：材料對激光得反應有多快？信號得產生需要多長時間以及在材料可以接觸到下一個信號之前需要等待多長時間？實驗是在Garching和Graz進行得，理論工作和復雜得計算機模擬則是在TU Wien進行得。

時間或能量--但不能同時進行

該實驗導致了一個典型得不確定性困境，這在量子物理學中經常發生：為了提高速度需要極短得紫外激光脈沖，這樣自由電荷載流子就會很快產生。然而使用極短得脈沖意味著轉移到電子上得能量并沒有精確定義。電子可以吸收非常不同得能量。Christoph Lemell說道：“我們可以準確地知道自由電荷載流子是在哪個時間點產生得，但不知道它們是在哪個能量狀態。固體有不同得能帶，在短激光脈沖下，許多能帶不可避免地同時被自由電荷載流子填充。”

根據攜帶得能量得多少，電子對電場得反應相當不同。如果它們得確切能量是未知得就不再可能精確地控制它們，而產生得電流信號就會被扭曲--尤其是在高激光強度下。

Joachim Burgd?rfer稱：“事實證明，大約1 petahertz是受控光電過程得上限。當然，這并不意味著有可能生產出時鐘頻率略低于1 petahertz得計算機芯片。現實得技術上限很可能要低得多。盡管決定光電子學最終速度極限得自然法則不能被超越，但現在可以用復雜得新方法對其進行分析和理解。”