Grafeen: kõik on kontrolli all: uurimisrühm demonstreerib kvantmaterjalide juhtimismehhanismi

Taasavaldanud Platon

järgijaid: 0

Avaleht > press > Grafeen: kõik on kontrolli all: uurimisrühm demonstreerib kvantmaterjali juhtimismehhanismi

Professor dr Dmitri Turchinovitš Bielefeldi ülikoolist on üks kahest uuringujuhist. Ta uurib, kuidas saab grafeeni tulevastes elektrotehnika rakendustes kasutada. Foto: Bielefeldi Ülikool/ M.-D. Mülleri KREDIT Foto: Bielefeldi Ülikool/M.-D. Müller

Abstraktne:
Kuidas suuri andmemahtusid võimalikult kiiresti üle kanda või töödelda? Selle üheks võtmeks võib olla grafeen. Üliõhuke materjal on vaid ühe aatomikihi paksune ning selles sisalduvatel elektronidel on tänu kvantefektidele väga erilised omadused. Seetõttu võiks see väga hästi sobida kasutamiseks suure jõudlusega elektroonilistes komponentides. Siiani on aga puudunud teadmised selle kohta, kuidas grafeeni teatud omadusi sobivalt kontrollida. Uus uuring, mille on koostanud Bielefeldi ja Berliini teadlaste meeskond koos teiste Saksamaa ja Hispaania uurimisinstituutide teadlastega, muudab seda. Töörühma tulemused on avaldatud ajakirjas Science Advances.

Grafeen: kõik on kontrolli all: uurimisrühm demonstreerib kvantmaterjali juhtimismehhanismi

Bielefeld, Saksamaa | Postitatud 9. aprillil 2021

Süsinikuaatomitest koosnev grafeen on vaid ühe aatomi paksune materjal, kus aatomid paiknevad kuusnurkses võres. Sellise aatomite paigutuse tulemuseks on grafeeni ainulaadne omadus: selle materjali elektronid liiguvad nii, nagu neil poleks massi. See elektronide "massivaba" käitumine põhjustab grafeenis väga kõrge elektrijuhtivuse ja mis kõige tähtsam, seda omadust hoitakse toatemperatuuril ja ümbritseva keskkonna tingimustes. Grafeen on seetõttu potentsiaalselt väga huvitav tänapäevaste elektroonikarakenduste jaoks.

Hiljuti avastati, et selle elektronide kõrge elektrooniline juhtivus ja "massivaba" käitumine võimaldavad grafeenil muuta seda läbivate elektrivoolude sageduskomponente. See omadus sõltub suuresti sellest, kui tugev see vool on. Kaasaegses elektroonikas hõlmab selline mittelineaarsus ühte põhifunktsiooni elektriliste signaalide lülitamiseks ja töötlemiseks. Grafeeni teeb ainulaadseks see, et selle mittelineaarsus on kõigist elektroonilistest materjalidest kõige tugevam. Lisaks töötab see väga hästi erakordselt kõrgete elektrooniliste sageduste puhul, ulatudes tehnoloogiliselt olulise terahertsi (THz) vahemikku, kus enamik tavapäraseid elektroonilisi materjale ebaõnnestub.

Oma uues uuringus näitas Saksamaa ja Hispaania teadlaste meeskond, et grafeeni mittelineaarsust saab väga tõhusalt kontrollida, rakendades materjalile suhteliselt tagasihoidlikke elektrilisi pingeid. Selleks valmistasid teadlased transistori meenutava seadme, kus elektrikontaktide komplekti kaudu sai grafeenile juhtpinget rakendada. Seejärel edastati seadme abil ülikõrge sagedusega THz signaale: seejärel analüüsiti nende signaalide edastamist ja järgnevat muundamist rakendatud pinge suhtes. Teadlased leidsid, et grafeen muutub teatud pinge juures peaaegu täiesti läbipaistvaks – selle tavaliselt tugev mittelineaarne reaktsioon peaaegu kaob. Pinge sellest kriitilisest väärtusest veidi suurendades või langetades saab grafeeni muuta tugevalt mittelineaarseks materjaliks, muutes oluliselt edastatavate ja edastatavate THz elektrooniliste signaalide tugevust ja sageduskomponente.

„See on märkimisväärne samm edasi grafeeni kasutuselevõtu suunas elektrilise signaalitöötluse ja signaali modulatsiooni rakendustes,“ ütleb Bielefeldi ülikooli füüsik ja üks selle uuringu juhtidest prof Dmitri Turchinovich. "Varem olime juba näidanud, et grafeen on kõige mittelineaarsem funktsionaalne materjal, mida me teame. Samuti mõistame mittelineaarsuse taga olevat füüsikat, mida nüüd tuntakse ülikiire elektronide transpordi termodünaamilise pildina grafeenis. Kuid siiani ei teadnud me, kuidas kontrollida seda mittelineaarsust, mis oli puuduv lüli grafeeni kasutamisel igapäevastes tehnoloogiates.

"Rakendades grafeenile juhtpinget, saime muuta elektronide arvu materjalis, mis saavad vabalt liikuda, kui sellele rakendatakse elektrilist signaali," selgitab dr Hassan A. Hafez, professor dr Turchinovichi liige. Lab Bielefeldis ja üks uuringu juhtivaid autoreid. "Ühest küljest, mida rohkem elektrone saab reageerida rakendatud elektriväljale, seda tugevamad on voolud, mis peaks suurendama mittelineaarsust. Kuid teisest küljest, mida rohkem vabu elektrone on saadaval, seda tugevam on nendevaheline interaktsioon ja see pärsib mittelineaarsust. Siin demonstreerisime - nii eksperimentaalselt kui ka teoreetiliselt -, et suhteliselt nõrga, vaid mõnevoldise välispinge rakendamisel saab luua optimaalsed tingimused grafeeni tugevaima THz mitteliinivälisuse jaoks.

"Selle tööga oleme jõudnud olulise verstapostini teel grafeeni kasutamisele äärmiselt tõhusa mittelineaarse funktsionaalse kvantmaterjalina sellistes seadmetes nagu THz sagedusmuundurid, mikserid ja modulaatorid," ütleb professor dr Michael Gensch optikainstituudist. Saksa lennunduskeskuse (DLR) ja Berliini tehnikaülikooli andurisüsteemid, kes on selle uuringu teine juht. "See on äärmiselt asjakohane, kuna grafeen ühildub suurepäraselt olemasoleva elektroonilise ülikõrge sagedusega pooljuhttehnoloogiaga, nagu CMOS või Bi-CMOS. Seetõttu on nüüd võimalik ette kujutada hübriidseadmeid, milles esialgne elektrisignaal genereeritakse madalamal sagedusel, kasutades olemasolevat pooljuhttehnoloogiat, kuid mida saab seejärel väga tõhusalt grafeenis palju kõrgematele THz sagedustele üles konverteerida, kõike seda täielikult juhitaval ja prognoositaval viisil. ”

# # #

Teadlased Bielefeldi ülikoolist, DLR-i optiliste andurite süsteemide instituudist, Berliini tehnikaülikoolist, Helmholtzi keskusest Dresden-Rossendorfist ja Max Plancki polümeeriuuringute instituudist Saksamaalt, samuti Kataloonia nanoteaduste instituudist ja Selles uuringus osalesid nanotehnoloogia (ICN2) ja Hispaania fotoonikateaduste instituut (ICFO).

####

Lisateabe saamiseks klõpsake nuppu siin

Kontaktid:
Professor dr Dmitri Turchinovich, Bielefeldi Ülikool
49-521-106-5468

@uniaktuell

Autoriõigus © Bielefeldi ülikool

Kui teil on kommentaar, palun Saada sõnum meile.

Sisu täpsuse eest vastutavad ainuüksi uudisteväljaannete väljaandjad, mitte 7th Wave, Inc. või Nanotechnology Now.

Järjehoidja: