الجرافين: كل شيء تحت السيطرة: فريق البحث يوضح آلية التحكم في المواد الكمومية

أعاد نشره أفلاطون

المتابعون: 0

الصفحة الرئيسية > صحافة > الجرافين: كل شيء تحت السيطرة: فريق البحث يوضح آلية التحكم في المواد الكمومية

البروفيسور د. ديمتري تورتشينوفيتش من جامعة بيليفيلد هو واحد من اثنين يقودان الدراسة. يبحث في كيفية استخدام الجرافين في تطبيقات الهندسة الكهربائية المستقبلية. الصورة: جامعة بيليفيلد / M.-D. Müller CREDIT الصورة: جامعة بيليفيلد / M.-D. مولر

المستخلص:
كيف يمكن نقل كميات كبيرة من البيانات أو معالجتها في أسرع وقت ممكن؟ يمكن أن يكون الجرافين مفتاحًا واحدًا لذلك. المادة الرقيقة للغاية هي طبقة ذرية واحدة فقط ، والإلكترونات التي تحتويها لها خصائص خاصة جدًا بسبب التأثيرات الكمومية. لذلك يمكن أن يكون مناسبًا جدًا للاستخدام في المكونات الإلكترونية عالية الأداء. حتى هذه اللحظة ، كان هناك نقص في المعرفة حول كيفية التحكم بشكل مناسب في خصائص معينة من الجرافين. تعمل دراسة جديدة قام بها فريق من العلماء من بيليفيلد وبرلين ، مع باحثين من معاهد بحثية أخرى في ألمانيا وإسبانيا ، على تغيير هذا. نُشرت نتائج الفريق في مجلة Science Advances.

الجرافين: كل شيء تحت السيطرة: يوضح فريق البحث آلية التحكم في المواد الكمومية

بيليفيلد ، ألمانيا | نُشر في 9 أبريل 2021

يتكون الجرافين من ذرات الكربون ، وهو مادة بسماكة ذرة واحدة فقط حيث يتم ترتيب الذرات في شبكة سداسية الشكل. هذا الترتيب للذرات هو ما ينتج عنه خاصية الجرافين الفريدة: تتحرك الإلكترونات في هذه المادة كما لو لم يكن لديها كتلة. يؤدي هذا السلوك "عديم الكتلة" للإلكترونات إلى موصلية كهربائية عالية جدًا في الجرافين ، والأهم من ذلك ، يتم الحفاظ على هذه الخاصية في درجة حرارة الغرفة وتحت الظروف المحيطة. لذلك من المحتمل أن يكون الجرافين مثيرًا للاهتمام للغاية لتطبيقات الإلكترونيات الحديثة.

اكتشف مؤخرًا أن الموصلية الإلكترونية العالية والسلوك "عديم الكتلة" لإلكتروناته يسمح للجرافين بتغيير مكونات التردد للتيارات الكهربائية التي تمر عبره. هذه الخاصية تعتمد بشكل كبير على مدى قوة هذا التيار. في الإلكترونيات الحديثة ، تشتمل هذه اللاخطية على واحدة من أكثر الوظائف الأساسية لتبديل ومعالجة الإشارات الكهربائية. ما يجعل الجرافين فريدًا هو أن اللاخطية هو الأقوى بين جميع المواد الإلكترونية. علاوة على ذلك ، فهو يعمل بشكل جيد للغاية مع الترددات الإلكترونية العالية بشكل استثنائي ، ويمتد إلى نطاق تيراهيرتز (THz) المهم تقنيًا حيث تفشل معظم المواد الإلكترونية التقليدية.

في دراستهم الجديدة ، أظهر فريق الباحثين من ألمانيا وإسبانيا أنه يمكن التحكم في اللاخطية في الجرافين بكفاءة عالية من خلال تطبيق جهد كهربائي متواضع نسبيًا على المادة. لهذا السبب ، صنع الباحثون جهازًا يشبه الترانزستور ، حيث يمكن تطبيق جهد تحكم على الجرافين عبر مجموعة من الملامسات الكهربائية. بعد ذلك ، تم إرسال إشارات THz فائقة التردد باستخدام الجهاز: ثم تم تحليل الإرسال والتحويل اللاحق لهذه الإشارات فيما يتعلق بالجهد المطبق. وجد الباحثون أن الجرافين يصبح شفافًا تمامًا تقريبًا عند جهد معين - وتختفي تقريبًا استجابته غير الخطية القوية عادةً. عن طريق زيادة أو خفض الجهد بشكل طفيف من هذه القيمة الحرجة ، يمكن تحويل الجرافين إلى مادة غير خطية بقوة ، مما يغير بشكل كبير القوة ومكونات التردد للإشارات الإلكترونية THz المرسلة والمحولة.

يقول البروفيسور دميتري تورتشينوفيتش ، الفيزيائي في جامعة بيليفيلد وأحد رؤساء هذه الدراسة: "هذه خطوة مهمة للأمام نحو تطبيق الجرافين في تطبيقات معالجة الإشارات الكهربائية وتعديل الإشارات". "لقد أوضحنا سابقًا أن الجرافين هو إلى حد بعيد أكثر المواد الوظيفية غير الخطية التي نعرفها. نحن نفهم أيضًا الفيزياء الكامنة وراء اللاخطية ، والتي تُعرف الآن بالصورة الديناميكية الحرارية لنقل الإلكترون فائق السرعة في الجرافين. ولكن حتى الآن لم نكن نعرف كيفية التحكم في هذا اللاخطي ، والذي كان الحلقة المفقودة فيما يتعلق باستخدام الجرافين في التقنيات اليومية ".

"من خلال تطبيق جهد التحكم على الجرافين ، تمكنا من تغيير عدد الإلكترونات في المادة التي يمكن أن تتحرك بحرية عند تطبيق الإشارة الكهربائية عليها ،" يوضح الدكتور حسن أ.حافظ ، عضو في الأستاذ الدكتور تورتشينوفيتش مختبر في بيليفيلد ، وأحد المؤلفين الرئيسيين للدراسة. "من ناحية ، كلما زاد عدد الإلكترونات التي يمكن أن تتحرك استجابةً للحقل الكهربائي المطبق ، كلما كانت التيارات أقوى ، والتي ينبغي أن تعزز اللاخطية. ولكن من ناحية أخرى ، كلما توفرت الإلكترونات الحرة ، كلما كان التفاعل بينها أقوى ، وهذا يمنع اللاخطية. لقد أوضحنا هنا - تجريبيًا ونظريًا - أنه من خلال تطبيق جهد خارجي ضعيف نسبيًا من بضعة فولتات فقط ، يمكن إنشاء الظروف المثلى لأقوى THz nonlin-earity في الجرافين. "

يقول البروفيسور مايكل جينش من معهد البصريات: "من خلال هذا العمل ، وصلنا إلى معلم هام على الطريق نحو استخدام الجرافين كمادة كمومية وظيفية غير خطية فعالة للغاية في أجهزة مثل محولات تردد THz ، والخلاطات ، والمعدِّلات". أنظمة الاستشعار في مركز الفضاء الألماني (DLR) والجامعة التقنية في برلين ، وهو الرئيس الآخر لهذه الدراسة. "هذا مهم للغاية لأن الجرافين متوافق تمامًا مع تقنية أشباه الموصلات الإلكترونية عالية التردد مثل CMOS أو Bi-CMOS. لذلك من الممكن الآن تصور الأجهزة الهجينة التي يتم فيها إنشاء الإشارة الكهربائية الأولية بتردد أقل باستخدام تقنية أشباه الموصلات الحالية ولكن يمكن تحويلها بكفاءة عالية إلى ترددات THz أعلى بكثير في الجرافين ، كل ذلك بطريقة يمكن التحكم فيها بشكل كامل ويمكن التنبؤ بها. "

# # #

باحثون من جامعة بيليفيلد ، ومعهد أنظمة الاستشعار البصرية في DLR ، والجامعة التقنية في برلين ، ومركز هيلمهولتز دريسدن-روسندورف ، ومعهد ماكس بلانك لأبحاث البوليمرات في ألمانيا ، وكذلك المعهد الكتالوني لعلم النانو و شارك في هذه الدراسة تقنية النانو (ICN2) ومعهد العلوم الضوئية (ICFO) في إسبانيا.

####

لمزيد من المعلومات ، يرجى الضغط هنا

جهات الاتصال:
الأستاذ الدكتور ديمتري تورتشينوفيتش ، جامعة بيليفيلد
+49 521

تضمين التغريدة

حقوق النشر © جامعة بيليفيلد

إذا كان لديك تعليق ، من فضلك اتصل بنا لنا.

جهات إصدار النشرات الإخبارية ، وليس 7th Wave، Inc. أو Nanotechnology Now ، هي المسؤولة وحدها عن دقة المحتوى.

المرجعية: