گرافن: همه چیز تحت کنترل: تیم تحقیقاتی مکانیسم کنترل مواد کوانتومی را نشان می دهد

بازنشر افلاطون

دنبال: 0

صفحه اصلی > رسانه ها و مطبوعات > گرافن: همه چیز تحت کنترل: تیم تحقیقاتی مکانیسم کنترل مواد کوانتومی را نشان می دهد

پروفسور دکتر دیمیتری تورچینوویچ از دانشگاه بیله‌فلد یکی از دو رهبر مطالعه است. او بررسی می کند که چگونه می توان از گرافن در کاربردهای مهندسی برق آینده استفاده کرد. عکس: دانشگاه بیله فلد/ M.-D. عکس اعتبار مولر: دانشگاه بیله فلد/M.-D. مولر

چکیده:
چگونه می توان حجم زیادی از داده ها را در سریع ترین زمان ممکن منتقل یا پردازش کرد؟ یکی از کلیدهای این امر می تواند گرافن باشد. این ماده فوق نازک تنها یک لایه اتمی ضخامت دارد و الکترون های موجود در آن به دلیل اثرات کوانتومی خواص بسیار ویژه ای دارند. بنابراین می تواند برای استفاده در قطعات الکترونیکی با کارایی بالا بسیار مناسب باشد. با این حال، تا این مرحله، دانش کافی در مورد چگونگی کنترل مناسب برخی از خواص گرافن وجود نداشته است. یک مطالعه جدید توسط تیمی از دانشمندان از بیله فلد و برلین، همراه با محققان دیگر موسسات تحقیقاتی در آلمان و اسپانیا، این موضوع را تغییر می‌دهد. یافته های این تیم در مجله Science Advances منتشر شده است.

گرافن: همه چیز تحت کنترل: تیم تحقیقاتی مکانیسم کنترل مواد کوانتومی را نشان می دهد

بیله فلد، آلمان | ارسال شده در 9 آوریل 2021

گرافن متشکل از اتم‌های کربن، ماده‌ای است که فقط یک اتم ضخامت دارد و اتم‌ها در یک شبکه شش ضلعی قرار گرفته‌اند. این چیدمان اتم ها همان چیزی است که منجر به ویژگی منحصر به فرد گرافن می شود: الکترون های این ماده طوری حرکت می کنند که گویی جرم ندارند. این رفتار «بدون جرم» الکترون‌ها منجر به رسانایی الکتریکی بسیار بالایی در گرافن می‌شود و مهمتر از همه، این ویژگی در دمای اتاق و در شرایط محیطی حفظ می‌شود. بنابراین گرافن به طور بالقوه برای کاربردهای الکترونیک مدرن بسیار جالب است.

اخیراً کشف شد که رسانایی الکترونیکی بالا و رفتار «بدون جرم» الکترون‌های آن به گرافن اجازه می‌دهد تا اجزای فرکانس جریان‌های الکتریکی را که از آن عبور می‌کنند تغییر دهد. این ویژگی به شدت به شدت این جریان بستگی دارد. در الکترونیک مدرن، چنین غیرخطی یکی از اساسی ترین عملکردها برای سوئیچینگ و پردازش سیگنال های الکتریکی است. چیزی که گرافن را منحصر به فرد می کند این است که غیرخطی بودن آن تا حد زیادی قوی ترین مواد الکترونیکی است. علاوه بر این، برای فرکانس‌های الکترونیکی فوق‌العاده بالا بسیار خوب عمل می‌کند و تا محدوده مهم فن‌آوری تراهرتز (THz) گسترش می‌یابد که در آن بیشتر مواد الکترونیکی معمولی خراب می‌شوند.

در مطالعه جدید خود، تیمی از محققان آلمانی و اسپانیایی نشان دادند که غیرخطی بودن گرافن را می‌توان با اعمال ولتاژهای الکتریکی نسبتاً متوسط به این ماده، به‌طور مؤثری کنترل کرد. برای این کار، محققان دستگاهی شبیه ترانزیستور ساختند که در آن می‌توان ولتاژ کنترلی را از طریق مجموعه‌ای از کنتاکت‌های الکتریکی به گرافن اعمال کرد. سپس، سیگنال‌های THz با فرکانس فوق‌العاده با استفاده از دستگاه منتقل شدند: انتقال و تبدیل بعدی این سیگنال‌ها سپس در رابطه با ولتاژ اعمال شده مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. محققان دریافتند که گرافن در یک ولتاژ مشخص تقریباً کاملاً شفاف می شود - پاسخ غیرخطی معمولی قوی آن تقریباً از بین می رود. با افزایش یا کاهش اندکی ولتاژ از این مقدار بحرانی، گرافن را می توان به ماده ای غیرخطی تبدیل کرد که به طور قابل توجهی استحکام و فرکانس سیگنال های ارسالی و ارسالی THz را تغییر می دهد.

پروفسور دیمیتری تورچینوویچ، فیزیکدان دانشگاه بیله فلد و یکی از مدیران این مطالعه، می گوید: «این یک گام مهم رو به جلو به سوی پیاده سازی گرافن در پردازش سیگنال الکتریکی و برنامه های مدولاسیون سیگنال است. قبلاً نشان داده بودیم که گرافن تا حد زیادی غیرخطی ترین ماده کاربردی است که می شناسیم. ما همچنین فیزیک پشت غیرخطی بودن را که اکنون به عنوان تصویر ترمودینامیکی انتقال الکترون فوق سریع در گرافن شناخته می شود، درک می کنیم. اما تاکنون نمی دانستیم چگونه برای کنترل این غیرخطی بودن، که حلقه مفقوده با توجه به استفاده از گرافن در فناوری های روزمره بود."

دکتر حسن ا. آزمایشگاه در بیله فلد، و یکی از نویسندگان اصلی این مطالعه. از یک طرف، هرچه الکترون‌های بیشتری بتوانند در پاسخ به میدان الکتریکی اعمال‌شده حرکت کنند، جریان‌ها قوی‌تر می‌شوند که باید غیرخطی بودن را افزایش دهد. اما از سوی دیگر، هرچه الکترون‌های آزاد بیشتری در دسترس باشند، برهمکنش بین آنها قوی‌تر است در اینجا ما نشان دادیم - هم از نظر تجربی و هم از نظر تئوری - که با اعمال یک ولتاژ خارجی نسبتا ضعیف فقط چند ولت، شرایط بهینه برای قوی‌ترین غیر خطی THz در گرافن ایجاد می‌شود.

پروفسور دکتر مایکل گنش از مؤسسه نوری می گوید: "با این کار، ما به نقطه عطف مهمی در مسیر استفاده از گرافن به عنوان یک ماده کوانتومی عملکردی غیرخطی بسیار کارآمد در دستگاه هایی مانند مبدل های فرکانس THz، میکسرها و مدولاتورها رسیده ایم." سیستم های حسگر مرکز هوافضای آلمان (DLR) و دانشگاه فنی برلین، که سرپرست دیگر این مطالعه است. "این بسیار مرتبط است زیرا گرافن کاملاً با فناوری نیمه هادی الکترونیکی با فرکانس فوق العاده بالا مانند CMOS یا Bi-CMOS سازگار است. بنابراین اکنون می توان دستگاه های هیبریدی را تصور کرد که در آنها سیگنال الکتریکی اولیه با فرکانس پایین تر با استفاده از فناوری نیمه هادی موجود تولید می شود. اما پس از آن می توان بسیار کارآمد به فرکانس های تراهرتز بسیار بالاتر در گرافن تبدیل کرد، همه به روشی کاملاً قابل کنترل و قابل پیش بینی."

###

محققان دانشگاه بیله‌فلد، مؤسسه سیستم‌های حسگر نوری DLR، دانشگاه فنی برلین، مرکز هلمهولتز درسدن-روسندورف، و مؤسسه تحقیقات پلیمری ماکس پلانک در آلمان، و همچنین مؤسسه کاتالان‌ها و علوم نانو نانوتکنولوژی (ICN2) و موسسه علوم فوتونیک (ICFO) در اسپانیا در این مطالعه شرکت کردند.

####

برای اطلاعات بیشتر، لطفا کلیک کنید اینجا کلیک نمایید

تماس با ما:
پروفسور دکتر دیمیتری تورچینوویچ، دانشگاه بیله فلد
49-521-106-5468

@uniaktuell

حق چاپ © دانشگاه بیله فلد

اگر نظری دارید بفرمایید تماس با ما ما.

مسئولیت صحت محتوا به عهده صادرکنندگان انتشارات خبری است، نه موج هفتم، شرکت یا نانوتکنولوژی اکنون.

نشانک: