Graphene: Everything Under Control: Η ερευνητική ομάδα επιδεικνύει μηχανισμό ελέγχου για κβαντικό υλικό

Αναδημοσίευση από τον Πλάτωνα

Ακολουθούν: 0

Αρχική > Τύπος > Γραφένιο: Όλα υπό έλεγχο: Η ερευνητική ομάδα επιδεικνύει μηχανισμό ελέγχου για το κβαντικό υλικό

Ο καθηγητής Dr. Dmitry Turchinovich του Πανεπιστημίου Bielefeld είναι ένας από τους δύο επικεφαλής της μελέτης. Διερευνά πώς το γραφένιο μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε μελλοντικές εφαρμογές ηλεκτρικής μηχανικής. Φωτογραφία: Bielefeld University/ M.-D. Müller CREDIT Φωτογραφία: Bielefeld University/M.-D. Μύλλερ

Περίληψη:
Πώς μπορεί να μεταφερθεί ή να υποβληθεί σε επεξεργασία μεγάλου όγκου δεδομένων όσο το δυνατόν γρηγορότερα; Ένα κλειδί για αυτό θα μπορούσε να είναι το γραφένιο. Το εξαιρετικά λεπτό υλικό έχει πάχος μόνο ενός ατομικού στρώματος και τα ηλεκτρόνια που περιέχει έχουν πολύ ειδικές ιδιότητες λόγω των κβαντικών επιδράσεων. Θα μπορούσε επομένως να είναι πολύ κατάλληλο για χρήση σε ηλεκτρονικά εξαρτήματα υψηλής απόδοσης. Μέχρι αυτό το σημείο, ωστόσο, υπήρξε έλλειψη γνώσης σχετικά με τον κατάλληλο έλεγχο ορισμένων ιδιοτήτων του γραφενίου. Μια νέα μελέτη από μια ομάδα επιστημόνων από το Μπίλεφελντ και το Βερολίνο, μαζί με ερευνητές από άλλα ερευνητικά ιδρύματα στη Γερμανία και την Ισπανία, αλλάζει αυτό. Τα ευρήματα της ομάδας δημοσιεύτηκαν στο περιοδικό Science Advances.

Graphene: Όλα υπό έλεγχο: Η ερευνητική ομάδα επιδεικνύει μηχανισμό ελέγχου για κβαντικό υλικό

Bielefeld, Γερμανία | Δημοσιεύτηκε στις 9 Απριλίου 2021

Αποτελούμενο από άτομα άνθρακα, το γραφένιο είναι ένα υλικό πάχους μόλις ενός ατόμου όπου τα άτομα είναι διατεταγμένα σε ένα εξαγωνικό πλέγμα. Αυτή η διάταξη των ατόμων είναι που έχει ως αποτέλεσμα τη μοναδική ιδιότητα του γραφενίου: τα ηλεκτρόνια σε αυτό το υλικό κινούνται σαν να μην έχουν μάζα. Αυτή η «χωρίς μάζα» συμπεριφορά των ηλεκτρονίων οδηγεί σε πολύ υψηλή ηλεκτρική αγωγιμότητα στο γραφένιο και, κυρίως, αυτή η ιδιότητα διατηρείται σε θερμοκρασία δωματίου και υπό συνθήκες περιβάλλοντος. Το γραφένιο είναι επομένως δυνητικά πολύ ενδιαφέρον για σύγχρονες ηλεκτρονικές εφαρμογές.

Ανακαλύφθηκε πρόσφατα ότι η υψηλή ηλεκτρονική αγωγιμότητα και η συμπεριφορά «χωρίς μάζα» των ηλεκτρονίων του επιτρέπει στο γραφένιο να μεταβάλλει τις συνιστώσες συχνότητας των ηλεκτρικών ρευμάτων που διέρχονται από αυτό. Αυτή η ιδιότητα εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από το πόσο ισχυρό είναι αυτό το ρεύμα. Στα σύγχρονα ηλεκτρονικά, μια τέτοια μη γραμμικότητα αποτελεί μια από τις πιο βασικές λειτουργίες για την εναλλαγή και την επεξεργασία ηλεκτρικών σημάτων. Αυτό που κάνει το γραφένιο μοναδικό είναι ότι η μη γραμμικότητά του είναι μακράν η ισχυρότερη από όλα τα ηλεκτρονικά υλικά. Επιπλέον, λειτουργεί πολύ καλά για εξαιρετικά υψηλές ηλεκτρονικές συχνότητες, επεκτείνοντας το τεχνολογικά σημαντικό φάσμα terahertz (THz) όπου τα περισσότερα συμβατικά ηλεκτρονικά υλικά αποτυγχάνουν.

Στη νέα τους μελέτη, η ομάδα ερευνητών από τη Γερμανία και την Ισπανία απέδειξε ότι η μη γραμμικότητα του γραφενίου μπορεί να ελεγχθεί πολύ αποτελεσματικά εφαρμόζοντας συγκριτικά μέτριες ηλεκτρικές τάσεις στο υλικό. Για αυτό, οι ερευνητές κατασκεύασαν μια συσκευή που μοιάζει με τρανζίστορ, όπου μια τάση ελέγχου μπορούσε να εφαρμοστεί στο γραφένιο μέσω ενός συνόλου ηλεκτρικών επαφών. Στη συνέχεια, σήματα υπερυψηλής συχνότητας THz μεταδόθηκαν χρησιμοποιώντας τη συσκευή: η μετάδοση και ο επακόλουθος μετασχηματισμός αυτών των σημάτων αναλύθηκαν στη συνέχεια σε σχέση με την εφαρμοζόμενη τάση. Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι το γραφένιο γίνεται σχεδόν απόλυτα διαφανές σε μια συγκεκριμένη τάση - η συνήθως ισχυρή μη γραμμική απόκρισή του σχεδόν εξαφανίζεται. Αυξάνοντας ή μειώνοντας ελαφρά την τάση από αυτήν την κρίσιμη τιμή, το γραφένιο μπορεί να μετατραπεί σε ένα έντονα μη γραμμικό υλικό, μεταβάλλοντας σημαντικά την ισχύ και τις συνιστώσες συχνότητας των εκπεμπόμενων και εκπεμπόμενων ηλεκτρονικών σημάτων THz.

«Αυτό είναι ένα σημαντικό βήμα προς την εφαρμογή του γραφενίου σε εφαρμογές επεξεργασίας ηλεκτρικού σήματος και διαμόρφωσης σήματος», λέει ο καθηγητής Dmitry Turchinovich, φυσικός στο Πανεπιστήμιο του Bielefeld και ένας από τους επικεφαλής αυτής της μελέτης. "Νωρίτερα είχαμε ήδη αποδείξει ότι το γραφένιο είναι μακράν το πιο μη γραμμικό λειτουργικό υλικό που γνωρίζουμε. Κατανοούμε επίσης τη φυσική πίσω από τη μη γραμμικότητα, η οποία είναι τώρα γνωστή ως θερμοδυναμική εικόνα της υπερταχείας μεταφοράς ηλεκτρονίων στο γραφένιο. Αλλά μέχρι τώρα δεν γνωρίζαμε πώς για τον έλεγχο αυτής της μη γραμμικότητας, που ήταν ο κρίκος που έλειπε σε σχέση με τη χρήση του γραφενίου στις καθημερινές τεχνολογίες».

«Εφαρμόζοντας την τάση ελέγχου στο γραφένιο, μπορέσαμε να αλλάξουμε τον αριθμό των ηλεκτρονίων στο υλικό που μπορούν να κινούνται ελεύθερα όταν εφαρμόζεται το ηλεκτρικό σήμα σε αυτό», εξηγεί ο Δρ Hassan A. Hafez, μέλος του καθηγητή Dr. Turchinovich. εργαστήριο στο Μπίλεφελντ και ένας από τους κύριους συγγραφείς της μελέτης. "Από τη μια πλευρά, όσο περισσότερα ηλεκτρόνια μπορούν να κινηθούν ως απόκριση στο εφαρμοζόμενο ηλεκτρικό πεδίο, τόσο ισχυρότερα είναι τα ρεύματα, γεγονός που θα ενισχύει τη μη γραμμικότητα. Από την άλλη όμως, όσο περισσότερα ελεύθερα ηλεκτρόνια είναι διαθέσιμα, τόσο ισχυρότερη είναι η αλληλεπίδραση μεταξύ τους. Εδώ δείξαμε - τόσο πειραματικά όσο και θεωρητικά - ότι εφαρμόζοντας μια σχετικά ασθενή εξωτερική τάση μόνο λίγων βολτ, μπορούν να δημιουργηθούν οι βέλτιστες συνθήκες για την ισχυρότερη μη γραμμικότητα THz στο γραφένιο.

"Με αυτήν την εργασία, φτάσαμε σε ένα σημαντικό ορόσημο στην πορεία προς τη χρήση γραφενίου ως εξαιρετικά αποτελεσματικού μη γραμμικού λειτουργικού κβαντικού υλικού σε συσκευές όπως μετατροπείς συχνότητας THz, μίκτες και διαμορφωτές", λέει ο καθηγητής Δρ. Michael Gensch από το Ινστιτούτο Οπτικής. Sensor Systems του Γερμανικού Αεροδιαστημικού Κέντρου (DLR) και του Τεχνικού Πανεπιστημίου του Βερολίνου, ο οποίος είναι ο άλλος επικεφαλής αυτής της μελέτης. "Αυτό είναι εξαιρετικά σημαντικό επειδή το γραφένιο είναι απόλυτα συμβατό με την υπάρχουσα ηλεκτρονική τεχνολογία ημιαγωγών υπερυψηλών συχνοτήτων όπως το CMOS ή το Bi-CMOS. Είναι επομένως δυνατό να οραματιστούμε υβριδικές συσκευές στις οποίες το αρχικό ηλεκτρικό σήμα παράγεται σε χαμηλότερη συχνότητα χρησιμοποιώντας την υπάρχουσα τεχνολογία ημιαγωγών αλλά μπορεί στη συνέχεια να μετατραπεί πολύ αποτελεσματικά σε πολύ υψηλότερες συχνότητες THz στο γραφένιο, όλα με έναν πλήρως ελεγχόμενο και προβλέψιμο τρόπο."

###

Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο Bielefeld, το Ινστιτούτο Συστημάτων Οπτικών Αισθητηρίων του DLR, το Τεχνικό Πανεπιστήμιο του Βερολίνου, το Κέντρο Helmholtz Dresden-Rossendorf και το Ινστιτούτο Max Planck για την Έρευνα Πολυμερών στη Γερμανία, καθώς και από το Καταλανικό Ινστιτούτο Νανοεπιστήμης και Η Νανοτεχνολογία (ICN2) και το Ινστιτούτο Φωτονικών Επιστημών (ICFO) στην Ισπανία συμμετείχαν σε αυτή τη μελέτη.

####

Για περισσότερες πληροφορίες, πατήστε εδώ

Επαφές:
Καθηγητής Dr. Dmitry Turchinovich, Πανεπιστήμιο Bielefeld
49-521-106-5468

@uniaktuell

Πνευματικά δικαιώματα © Πανεπιστήμιο Bielefeld

Εάν έχετε ένα σχόλιο, παρακαλώ Επικοινωνία και εμείς με χαρά θα σας εξυπηρετήσουμε.

Οι εκδότες δελτίων ειδήσεων, όχι η 7th Wave, Inc. ή η Nanotechnology Now, είναι αποκλειστικά υπεύθυνες για την ακρίβεια του περιεχομένου.

Bookmark: