Graphene: Semuanya Terkendali: Tim Peneliti Mendemonstrasikan Mekanisme Kontrol Untuk Material Quantum

Diterbitkan Ulang Oleh Plato

Followers: 0

Beranda > Tekan > Graphene: Semuanya terkendali: Tim peneliti mendemonstrasikan mekanisme kontrol untuk material kuantum

Profesor Dr. Dmitry Turchinovich dari Universitas Bielefeld adalah salah satu dari dua pemimpin studi. Dia menyelidiki bagaimana graphene dapat digunakan dalam aplikasi teknik kelistrikan di masa depan. Foto: Universitas Bielefeld/ M.-D. KREDIT Müller Foto: Universitas Bielefeld/M.-D. Muller

Abstrak:
Bagaimana data dalam jumlah besar dapat ditransfer atau diproses secepat mungkin? Salah satu kuncinya adalah graphene. Bahan ultra-tipis ini hanya setebal satu lapisan atom, dan elektron yang dikandungnya memiliki sifat yang sangat istimewa karena efek kuantum. Oleh karena itu, ini sangat cocok untuk digunakan pada komponen elektronik berkinerja tinggi. Namun, hingga saat ini, pengetahuan tentang cara mengontrol sifat-sifat tertentu dari graphene masih kurang. Sebuah studi baru yang dilakukan oleh tim ilmuwan dari Bielefeld dan Berlin, bersama dengan peneliti dari lembaga penelitian lain di Jerman dan Spanyol, mengubah hal ini. Temuan tim telah dipublikasikan di jurnal Science Advances.

Graphene: Semuanya terkendali: Tim peneliti mendemonstrasikan mekanisme kontrol untuk material kuantum

Bielefeld, Jerman | Diposting pada 9 April 2021

Terdiri dari atom karbon, graphene merupakan bahan yang tebalnya hanya satu atom yang atom-atomnya tersusun dalam kisi heksagonal. Susunan atom inilah yang menghasilkan sifat unik graphene: elektron dalam material ini bergerak seolah-olah tidak memiliki massa. Perilaku elektron yang "tak bermassa" ini menyebabkan konduktivitas listrik yang sangat tinggi pada graphene dan, yang penting, sifat ini dipertahankan pada suhu kamar dan dalam kondisi sekitar. Oleh karena itu Graphene berpotensi sangat menarik untuk aplikasi elektronik modern.

Baru-baru ini ditemukan bahwa konduktivitas elektronik yang tinggi dan perilaku elektron "tanpa massa" memungkinkan graphene mengubah komponen frekuensi arus listrik yang melewatinya. Sifat ini sangat bergantung pada seberapa kuat arus tersebut. Dalam elektronik modern, nonlinier seperti itu merupakan salah satu fungsi paling dasar untuk peralihan dan pemrosesan sinyal listrik. Apa yang membuat graphene unik adalah sifat nonliniernya yang merupakan material elektronik terkuat. Selain itu, ia bekerja dengan sangat baik untuk frekuensi elektronik yang sangat tinggi, meluas hingga rentang terahertz (THz) yang penting secara teknologi di mana sebagian besar material elektronik konvensional gagal.

Dalam studi baru mereka, tim peneliti dari Jerman dan Spanyol menunjukkan bahwa nonlinier graphene dapat dikontrol secara efisien dengan menerapkan tegangan listrik yang relatif rendah pada material. Untuk melakukan hal ini, para peneliti membuat perangkat yang menyerupai transistor, di mana tegangan kontrol dapat diterapkan ke graphene melalui serangkaian kontak listrik. Kemudian, sinyal THz frekuensi sangat tinggi ditransmisikan menggunakan perangkat: transmisi dan transformasi selanjutnya dari sinyal-sinyal ini kemudian dianalisis sehubungan dengan tegangan yang diberikan. Para peneliti menemukan bahwa graphene menjadi hampir transparan sempurna pada tegangan tertentu – respon nonlinear yang biasanya kuat hampir hilang. Dengan sedikit menaikkan atau menurunkan tegangan dari nilai kritis ini, graphene dapat diubah menjadi bahan yang sangat nonlinier, secara signifikan mengubah kekuatan dan komponen frekuensi sinyal elektronik THz yang ditransmisikan dan dikirimkan.

“Ini merupakan langkah maju yang signifikan menuju penerapan graphene dalam pemrosesan sinyal listrik dan aplikasi modulasi sinyal,” kata Prof. Dmitry Turchinovich, fisikawan di Universitas Bielefeld dan salah satu pemimpin penelitian ini. “Sebelumnya kami telah menunjukkan bahwa graphene adalah material fungsional paling nonlinier yang kami ketahui. Kami juga memahami fisika di balik nonlinier, yang sekarang dikenal sebagai gambaran termodinamika transpor elektron ultracepat pada graphene. Namun hingga saat ini kami belum mengetahui caranya untuk mengendalikan ketidaklinieran ini, yang merupakan mata rantai yang hilang sehubungan dengan penggunaan graphene dalam teknologi sehari-hari."

“Dengan menerapkan tegangan kontrol pada graphene, kami dapat mengubah jumlah elektron dalam material yang dapat bergerak bebas ketika sinyal listrik diterapkan padanya,” jelas Dr. Hassan A. Hafez, anggota tim Profesor Dr. Turchinovich. laboratorium di Bielefeld, dan salah satu penulis utama penelitian ini. “Di satu sisi, semakin banyak elektron yang dapat bergerak sebagai respons terhadap medan listrik yang diterapkan, semakin kuat arusnya, yang seharusnya meningkatkan ketidaklinieran. Namun di sisi lain, semakin banyak elektron bebas yang tersedia, semakin kuat pula interaksi di antara elektron-elektron tersebut, dan ini menekan ketidaklinieran. Di sini kami mendemonstrasikan - baik secara eksperimental maupun teoritis - bahwa dengan menerapkan tegangan eksternal yang relatif lemah hanya beberapa volt, kondisi optimal untuk nonlinier THz terkuat dalam graphene dapat diciptakan."

“Dengan pekerjaan ini, kami telah mencapai tonggak penting dalam penggunaan graphene sebagai bahan kuantum fungsional nonlinier yang sangat efisien dalam perangkat seperti konverter frekuensi, mixer, dan modulator THz,” kata Profesor Dr. Michael Gensch dari Institute of Optical Sistem Sensor dari German Aerospace Center (DLR) dan Technical University of Berlin, yang merupakan kepala penelitian lainnya. “Hal ini sangat relevan karena graphene sangat kompatibel dengan teknologi semikonduktor frekuensi ultra tinggi elektronik yang ada seperti CMOS atau Bi-CMOS. Oleh karena itu, sekarang dimungkinkan untuk membayangkan perangkat hibrida di mana sinyal listrik awal dihasilkan pada frekuensi lebih rendah menggunakan teknologi semikonduktor yang ada. tetapi kemudian dapat dengan sangat efisien dikonversi ke frekuensi THz yang jauh lebih tinggi dalam graphene, semuanya dengan cara yang sepenuhnya dapat dikontrol dan diprediksi."

# # #

Para peneliti dari Universitas Bielefeld, Institut Sistem Sensor Optik DLR, Universitas Teknik Berlin, Helmholtz Center Dresden-Rossendorf, dan Institut Max Planck untuk Penelitian Polimer di Jerman, serta Institut Nanosains dan Katalan Catalan Nanoteknologi (ICN2) dan Institute of Photonic Sciences (ICFO) di Spanyol berpartisipasi dalam penelitian ini.

####

Untuk informasi lebih lanjut, silakan klik di sini

Kontak:
Profesor Dr. Dmitry Turchinovich, Universitas Bielefeld
+49 521 106

@uniaktuell

Hak Cipta © Universitas Bielefeld

Jika Anda punya komentar, silakan Kontak kita.

Penerbit rilis berita, bukan 7th Wave, Inc. atau Nanotechnology Now, semata-mata bertanggung jawab atas keakuratan konten.

Bookmark: