超高効率技術が明日のデバイスを動かし、持続可能なエネルギーの未来を築く

超高効率技術が明日のデバイスを動かし、持続可能なエネルギーの未来を築く テクノロジー
1原子の薄い半導体で励起子が光と混ざり合う過程©ANU

オーストラリア国立大学(ANU)の研究者たちは、原子レベルの薄さの半導体を用いて、極めて高いエネルギー効率でデータを伝送するシステムを開発しました。

この画期的な技術は、現在の機器よりも消費電力の少ない次世代のコンピューターやスマートフォンの電源として利用できる可能性があります。

紙の約10万分の1の薄さである1原子の半導体の中で、電子と正孔が結合した電子である励起子を光と混ぜ合わせることにより、エネルギー効率を大幅に向上させることができました。

この新しい省エネ半導体技術は、熱を発しないため、エネルギーを無駄にすることなく、少ない電力で動作することができるという高い可能性を示しています。

ANUの研究チームは、この有望な半導体において、情報キャリア(コンピュータ内でデータを伝達する粒子)の効率的な輸送を室温で実証することに初めて成功しました。これは、明日のコンピュータやスマートフォンを作るために必要な第一歩です。

研究チームは、この技術が、世界中の科学者が直面している課題である無駄なエネルギー消費を削減することで、将来のコンピューターの持続的な成長への道を切り開くことができると期待しています。

ANU物理学研究科の博士課程に在籍するMatthias Wurdack氏は、「コンピュータは、世界中で利用可能な電力の約10%をすでに使用しています。この数字は、経済的にも環境的にも大きな負担となっており、コンピュータの需要増加に伴い、10年ごとに倍増すると予測されています。」と述べています。

「推定によると、私たちのコンピューティングデバイス、インターネット、データセンター、その他のデジタル技術は、世界の温室効果ガス排出量の少なくとも2%を占めており、これはコロナ以前の航空業界と同様です。」

この研究の筆頭著者であるWurdack氏は、この新しい開発は、世界中の何千もの巨大な工場規模のデータセンターの電力消費を促進する加熱の問題を解決するものであると述べています。

「コンピューターで使用されるエネルギーのうち、膨大な量が無駄になっています。これは、コンピューターに電力を供給するために使用される電力が、タスクを実行する際にデバイスを加熱してしまうためです。」と彼は述べています。

ANUの研究者たちは、エネルギー効率の高い新しい情報技術への移行と、世界的なエネルギー消費量の削減の可能性により、多くの石炭火力発電所の必要性が減り、大気中に放出される有害物質の量が減るのではないかと期待しています。

「化石燃料の燃焼による大気汚染や気候変動など、エネルギーの生産、貯蔵、供給には常にコストがかかるため、より持続可能な未来のために電力使用量を削減することが非常に重要です」とWurdack氏は述べています。

責任著者であるANU教授のElena Ostrovskaya氏は、ARC Centre of Excellence in Future Low-Energy Electronics Technologies (FLEET)の主任研究員でもあり、今回の研究は、コンピューティングや情報処理のための低エネルギー半導体技術の開発に向けた世界的な取り組みの一環であると述べています。

「この半導体技術をベースにしたエネルギー効率の高いセンサーやレーザーの開発など、今後の研究の選択肢は他にもたくさんあります。」とOstrovskaya教授は言います。

次の研究段階では、この技術をコンピューターの構成要素であるトランジスタに組み込むことを目指しています。

この論文は、Nature Communicationsに掲載され、ANUの研究者7名を含むドイツ、ポーランド、オーストラリアの著者が参加しています。この研究は、査読を受けています。

Provided by Australian National University. M. Wurdack et al, Motional narrowing, ballistic transport, and trapping of room-temperature exciton polaritons in an atomically-thin semiconductor, Nature Communications (2021). DOI: 10.1038/s41467-021-25656-7

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