Grafenas leidžia naudoti laikrodžių dažnius terahercų diapazone

Kokius kompiuterius naudoja didžiausia kriptovaliutos „kasykla“ Lietuvoje? (2 dalis) (Birželis 2019).

Anonim

Grafenas - itin patvari medžiaga, sudaryta iš vieno sluoksnio tarpusavyje sujungtų anglies atomų - laikoma perspektyviu kandidatu į ateities nanoelektroniką. Teoriškai tai turėtų leisti laikrodžio dažnius iki tūkstančio kartų greičiau, nei dabartinė silicio pagrindu veikianti elektronika. Mokslininkai iš "Helmholtz Zentrum Dresden-Rossendorf" (HZDR) ir Duisburgo-Eseno universiteto (UDE), bendradarbiaudami su Max Plancko polimerinių tyrimų institutu (MPI-P), pirmą kartą parodė, kad grafenas faktiškai gali konvertuoti Elektroniniai signalai, kurių dažnis gigantrukso diapazone, kuris atitinka šiuolaikinius laikrodžio dažnius, yra ypač efektyvus į dažnius, kurie yra kelis kartus didesniu dažniu. Tyrėjai pateikia savo rezultatus moksliniame žurnale " Gamta".

Šiandienos silicio pagrindu veikiantys elektroniniai komponentai veikia keletą šimtų gigai įtampos (GHz), ty keičia kelis milijardus kartų per sekundę. Šiuo metu elektronikos pramonė bando pasiekti terahertz (THz) diapazoną, ty iki tūkstančio kartų greičiau. Daugybė perspektyvių medžiagų ir galimų silicio perėmėjų gali būti grafenas, kuris turi aukštą elektros laidumą ir suderinamas su visomis esančiomis elektroninėmis technologijomis. Visų pirma teorija jau seniai numatė, kad grafenas gali būti labai efektyvi "netiesine" elektronine medžiaga, ty medžiaga, galinti labai efektyviai paversti veikiamą virpesio elektromagnetinį lauką į daug didesnį dažnį. Vis dėlto visos eksperimentinės pastangos įrodyti, kad šis poveikis graphene per pastaruosius dešimt metų nebuvo sėkmingas.

"Dabar mes galėjome pateikti pirmąjį tiesioginį įrodymą, kad dažnio padauginimas iš gigahercų į terahertzą graphene monosluoksne ir generuoti elektroninius signalus terahercų diapazone su puikiu efektyvumu", - aiškina daktaras Michaelas Genschas, kurio grupė atlieka tyrimus ultrafast fizikos srityje ir eksploatuoja naująjį TELBE terahertz spinduliuotės šaltinį HZDR. Ir ne tik tai, kad jų bendradarbiavimo partneriai, vadovaujami Duisburge-Eseno universiteto (UDE) eksperimentinio fiziko prof. Dmitrij Turchinovičiui, pavyko kiekybiškai apibūdinti matavimus, taikydami paprastą modelį, pagrįstą pagrindiniais fiziniais termodinamikos principais.

Su šiuo proveržiu mokslininkai patobulina ultrafunkcinę grafeno pagrindu sukurtą nanoelektroniką: "Mes ne tik galėjome eksperimentuoti parodyti ilgalaikį grafinio efekto poveikį pirmą kartą, bet ir suprasti jį kiekybiškai gerai tuo pačiu metu, "pabrėžia prof. Dmitrijus Turchinovičius. "Mano laboratorijoje jau kelerius metus tyrėme pagrindinius fizinius grafeno elektroninio netiesiškumo mechanizmus. Tačiau mūsų šviesos šaltinių nepakanka, kad faktiškai aptikti ir kiekybiškai įvertinti dažninį dauginimąsi būtų švarūs ir aiškūs. Tam reikėjo eksperimentinių galimybių kurios šiuo metu yra prieinamos tik TELBE įrenginyje. "

Ilgai lauktas eksperimentinis labai efektyvaus terahercų aukštų harmonikų generavimo grafeenyje įrodymas pavyko panaudojant triuką: mokslininkai naudojo grafeną, kuriame yra daug laisvų elektronų, kurie atsiranda dėl grafeno sąveikos su substratu, ant kurio jis yra deponuotas. taip pat su aplinkos oru. Jei šie mobilieji elektronai yra susijaudinę vykstančiu elektriniu lauku, jie labai greitai dalijasi savo energija su kitais elektronais, esančiais grafte, o po to reaguoja taip pat, kaip šildomas skystis. Nuo elektroninio "skysčio", vaizdine prasme, formuojasi elektroniniai "garai" grafte. Perėjimas nuo "skysčio" į "garų" fazę įvyksta trisdešimt sekundžių ir sukelia ypač greitus ir stiprius grafeno laidumo pokyčius. Tai yra pagrindinis efektas, dėl kurio dažnai dauginama.

Mokslininkai naudojo elektromagnetinius impulsus iš TELBE įrenginio, kurių dažniai buvo nuo 300 iki 680 gigahercų, ir paversdavo juos grafinomis į elektromagnetinius impulsus, kurių trijų, penkių ir septynių kartų dažnis buvo didesnis už pradinį dažnį, ty jie buvo konvertuojami į teraherto dažnių diapazoną. "Netiesiniai koeficientai, apibūdinantys šio trečio, penktojo ir septintojo harmonikų dažnio generavimo efektyvumą, buvo itin aukšti", - aiškina Turchinovič. "Taigi Grafenas yra elektroninė medžiaga, turinti labiausiai žinomą iki šiol žinomą netiesiškumą. Gerus išmatuotų verčių sutikimas su mūsų termodinaminiu modeliu leidžia manyti, kad mes taip pat galėsime jį naudoti norint prognozuoti ultraviatūrių nanoelektroninių prietaisų savybes, pagamintą iš grafeno " Profesorius Mischa Bonn, MPI-P direktorius, kuris taip pat dalyvavo šiame darbe, pabrėžia: "Mūsų atradimas yra pagrindinis žingsnis į priekį. Mes įrodėme, kad anglies pagrindu veikianti elektronika gali labai efektyviai veikti labai sparčiai." Ultrafast "hibridiniai komponentai, pagaminti iš grafeno ir tradiciniai puslaidininkiai taip pat yra įmanomi ".

Eksperimentas buvo atliktas naudojant naująjį, superlaidį-greitintuvą pagamintą TELBE teraherto radiacijos šaltinį ELBE didelio galingumo spinduliuotės šaltinių centre HZDR. Jo šimtas kartų didesnis pulso greitis, palyginti su įprastais lazeriu veikiančiais teraherciniais šaltiniais, iš pradžių galėjo atlikti matavimo tikslumą, reikalingą grafeeno tyrimui. Duomenų apdorojimo metodas, sukurtas kaip ES projekto EUCALL dalis, leidžia mokslininkams iš tikrųjų naudoti matavimo duomenis, kurių imamasi naudojant kiekvieną iš 100 000 šviesos impulsų per sekundę. "Mums nėra blogų duomenų", - sako Genschas. "Kadangi mes galime išmėginti kiekvieną impulsą, mes gauname didelio masto matavimų tikslumą. Matavimo technologijų požiūriu mes esame riboti, kas šiuo metu yra įmanoma." Pirmieji straipsnio autoriai yra du jaunieji mokslininkai Hassanas A. Hafezas (UDE / MPI-P) ir Sergejus Kovaliovas (HZDR).

menu
menu