高度なコンピューティング技術により高速かつ低消費電力を実現

高度なコンピューティング技術は、高速化と低消費電力の実現に向けて大きく進歩しています。この分野における主な進歩には、層状設計を使用してより高速で小型のチップをより低コストで構築する新しいシリコン アーキテクチャが含まれます。

Advanced computing technologies are making great progress toward achieving high speed and low power consumption.

高度なコンピューティング技術は、高速化と低消費電力の実現に向けて大きく進歩しています。

Key advancements in this field include novel silicon architectures that use layered designs to build faster and smaller chips at a lower cost. Meanwhile, photonic computing utilizes light waves to process and store data. With the speed of light simply unsurpassable, this can offer high speed and low latency.

この分野における主な進歩には、層状設計を使用してより高速で小型のチップをより低コストで構築する新しいシリコン アーキテクチャが含まれます。一方、フォトニック コンピューティングでは、光波を利用してデータを処理および保存します。光の速度はまさに比類のないものであるため、高速かつ低遅延を実現できます。

Then, there is biological computing, where information is encoded and stored in biological cells, propelled by progress made in nanobiotechnology. Quantum computing also offers significant potential, solving complex problems faster than today's computers by leveraging quantum superposition, entanglement, and interference.

次に、ナノバイオテクノロジーの進歩により、情報がコード化されて生体細胞に保存されるバイオコンピューティングがあります。量子コンピューティングには、量子の重ね合わせ、もつれ、干渉を活用することで、今日のコンピューターよりも速く複雑な問題を解決できるという大きな可能性もあります。

Moreover, neuromorphic computing mimics the neural systems of our brains to perform parallel computations; cloud computing moves processing to remote or virtual locations; and edge computing shifts processing from centralized facilities closer to end users.

さらに、ニューロモーフィック コンピューティングは、私たちの脳の神経システムを模倣して並列計算を実行します。クラウド コンピューティングは処理をリモートまたは仮想の場所に移動します。そしてエッジ コンピューティングは、処理を集中化された施設からエンド ユーザーに近い場所に移します。

All these developments in computing technology, which focus on tools and systems for processing, storing, and communicating data, have led to unprecedented advancements in fields including artificial intelligence (AI) and data analytics.

データの処理、保存、通信のためのツールやシステムに重点を置いたコンピューティング テクノロジーのこうした発展は、人工知能 (AI) やデータ分析などの分野で前例のない進歩をもたらしました。

Ongoing research in the field has led to continued and rapid innovation in computing techniques, with scientists now going even deeper to achieve better, faster, and more efficient results.

この分野で進行中の研究により、コンピューティング技術の継続的かつ急速な革新がもたらされ、科学者たちは現在、より優れた、より高速で、より効率的な結果を達成するためにさらに深く研究を進めています。

Breakthrough in Laser Nanoscale Fabrication in Silicon

シリコンにおけるレーザーナノスケール製造における画期的な進歩

Researchers from Bilkent University, Turkey, recently achieved a significant breakthrough by developing a technique for fabricating nanostructures deep inside silicon wafers. 

トルコのビルケント大学の研究者らは最近、シリコンウェーハの奥深くにナノ構造を作製する技術を開発することで、大きな進歩を遂げた。

The new method enables nanofabrication within silicon through spatial light modulation and laser pulses, creating advanced nanostructures that will benefit electronics and photonics.

この新しい方法により、空間光変調とレーザーパルスによるシリコン内でのナノ加工が可能になり、エレクトロニクスやフォトニクスに利益をもたらす高度なナノ構造が作成されます。

The study focused on silicon, the foundation of electronics, photonics, and photovoltaics. As a semiconductor, Silicon's electrical conductivity lies between that of an insulator and a pure conductor. It is the second most abundant element in the Earth's crust, possessing both metallic and non-metallic properties. Additionally, Silicon's excellent electrical properties, including its relatively small energy gap, make it an important material in the semiconductor industry.

この研究は、エレクトロニクス、フォトニクス、太陽光発電の基礎であるシリコンに焦点を当てました。半導体としてのシリコンの電気伝導度は、絶縁体と純粋な導体の中間にあります。これは地球の地殻で 2 番目に豊富な元素であり、金属と非金属の両方の特性を持っています。さらに、エネルギーギャップが比較的小さいなど、シリコンの優れた電気的特性により、シリコンは半導体産業において重要な材料となっています。

However, silicone has been limited to surface-level nanofabrication due to the difficulties posed by existing lithographic techniques. Current methods are either unable to penetrate the surface of the wafer without causing any changes or are restricted by the resolution of laser lithography. Additionally, existing techniques do not allow for high-precision modulation deep within the wafer. 

しかし、既存のリソグラフィー技術には困難があるため、シリコーンは表面レベルのナノ加工に限定されてきました。現在の方法は、何の変化も起こさずにウェーハの表面に浸透することができないか、レーザーリソグラフィーの解像度によって制限されます。さらに、既存の技術では、ウェーハの奥深くで高精度の変調を行うことはできません。

If devices could be directly fabricated inside the bulk of this metal without altering the wafer's top or bottom surface, it would set a new standard.

ウェーハの上面や底面を変更することなく、この金属のバルク内にデバイスを直接製造できれば、新たな基準が確立されるでしょう。

Of course, that means getting past all these challenges of a greater-than-1-micron fabrication resolution limit while simultaneously achieving multi-dimensional nanoscale control inside the wafer. Doing so, however, would be a magic advance, enabling 3D nanophotonics novel functionalities and leading to metasurfaces inside Si. 

もちろん、それは、ウェハ内部で多次元のナノスケール制御を同時に達成しながら、1 ミクロンを超える製造解像度の限界というこれらすべての課題を克服することを意味します。しかし、そうすることは魔法の進歩であり、3D ナノフォトニクスの新しい機能を可能にし、Si 内部のメタ表面につながるでしょう。

The latest research went on to exploit spatially modulated laser beams and anisotropic feedback from preformed subsurface structures to achieve this. This allowed the team to establish controlled nanofabrication capability inside Si by manipulating matter at the nanoscale. 

最新の研究では、これを達成するために、空間的に変調されたレーザービームと、事前に形成された地下構造からの異方性フィードバックを利用することが続けられました。これにより、研究チームは物質をナノスケールで操作することにより、Si 内で制御されたナノ製造能力を確立することができました。

To elaborate, the Bilkent team addressed the challenge of complex optical effects within the wafer and the inherent diffraction limit of the laser light by utilizing the unique laser pulse, which was created by modulating the spatial. The spatially modulated laser pulses correspond to a Bessel function. 

詳しく説明すると、Bilkent チームは、空間変調によって作成された独自のレーザー パルスを利用することで、ウェーハ内の複雑な光学効果とレーザー光の固有の回折限界という課題に取り組みました。空間的に変調されたレーザー パルスは、ベッセル関数に対応します。

The optical scattering effects, which had been obstructing the precise deposition of energy, were then overcome by the special laser beam's non-diffracting nature. This non-diffracting nature is created with advanced holographic projection techniques, which allows for the precise localization of energy. This leads to high enough pressure and temperature values to modify the material at a small volume. 

エネルギーの正確な付与を妨げていた光学散乱効果は、特殊なレーザービームの非回折性によって克服されました。この非回折性は高度なホログラフィック投影技術によって生み出され、エネルギーの正確な位置特定が可能になります。これにより、少量の材料を変更するのに十分な高い圧力と温度の値が得られます。

According to Onur Tokel, Professor at the Department of Physics:

物理学科のオヌール・トーケル教授は次のように述べています。

“Our approach is based on localizing the energy of the laser pulse within a semiconductor material to an extremely small volume, such that one can exploit emergent field enhancement effects analogous to those in plasmonics. This leads to sub-wavelength and multi-dimensional control directly inside the material.”

「私たちのアプローチは、プラズモニクスにおけるものと同様の創発場増強効果を利用できるように、半導体材料内のレーザーパルスのエネルギーを極めて小さい体積に局在化することに基づいています。これにより、材料内部でのサブ波長および多次元の制御が直接可能になります。」

He added:

彼はこう付け加えた。

“We can now fabricate nanophotonic elements buried in silicon, such as nanogratings with high diffraction efficiency and even spectral control.”

「私たちは現在、高い回折効率とさらにはスペクトル制御を備えたナノ格子など、シリコンに埋め込まれたナノフォトニクス素子を製造できるようになりました。」

This was followed by an emergent seeding effect, where nano-voids performed on the subsurface created a strong field enhancement in their close surroundings. Once established, the resulting field enhancement sustains itself, which means that the creation of earlier nanostructures helps fabricate the later nanostructures. 

これに続いて、創発シーディング効果が発生し、地下で実行されたナノボイドが、その近傍に強力な場の強化を生み出しました。一度確立されると、結果として生じる場の強化はそれ自体を維持します。これは、初期のナノ構造の作成が後のナノ構造の製造に役立つことを意味します。

Meanwhile, the use of laser polarization provided researchers with additional control over nanostructures' alignment and symmetry at the nanoscale, which allows the accurate development of varied nano-arrays.

一方、レーザー偏光の使用により、研究者はナノスケールでのナノ構造の配列と対称性をさらに制御できるようになり、さまざまなナノアレイを正確に開発できるようになりました。

“By leveraging the anisotropic feedback mechanism found in the laser-material interaction system, we achieved polarization-controlled nanolithography in silicon.”

「レーザーと材料の相互作用システムに見られる異方性フィードバック機構を活用することで、シリコンで偏光制御されたナノリソグラフィーを実現しました。」

– The study lead author, Dr. Asgari Sabet 

– 研究主著者、アスガリ・サベット博士

This new fabrication method has achieved feature sizes as small as 100 nm, which is a great improvement over the conventional regimes. 

この新しい製造方法は、100 nm ほどの小さなフィーチャ サイズを達成しました。これは、従来の方法に比べて大幅な改善です。

This study could have considerable

この研究はかなりの効果をもたらす可能性がある