Grafeen: alles onder controle: Onderzoeksteam demonstreert controlemechanisme voor kwantummateriaal

Bronknooppunt: 806209

Home > Media > Grafeen: Alles onder controle: Onderzoeksteam demonstreert controlemechanisme voor kwantummateriaal

Professor Dr. Dmitry Turchinovich van de Universiteit van Bielefeld is een van de twee onderzoeksleiders. Hij onderzoekt hoe grafeen gebruikt kan worden in toekomstige elektrotechnische toepassingen. Foto: Universiteit Bielefeld/ M.-D. Müller CREDIT Foto: Universiteit Bielefeld/M.-D. Müller
Professor Dr. Dmitry Turchinovich van de Universiteit van Bielefeld is een van de twee onderzoeksleiders. Hij onderzoekt hoe grafeen gebruikt kan worden in toekomstige elektrotechnische toepassingen. Foto: Universiteit Bielefeld/ M.-D. Müller CREDIT Foto: Universiteit Bielefeld/M.-D. Müller

Abstract:
How can large amounts of data be transferred or processed as quickly as possible? One key to this could be graphene. The ultra-thin material is only one atomic layer thick, and the electrons it contains have very special properties due to quantum effects. It could therefore be very well suited for use in high-performance electronic components. Up to this point, however, there has been a lack of knowledge about how to suitably control certain properties of graphene. A new study by a team of scientists from Bielefeld and Berlin, together with researchers from other research institutes in Germany and Spain, is changing this. The team’s findings have been published in the journal Science Advances.

Grafeen: alles onder controle: Onderzoeksteam demonstreert controlemechanisme voor kwantummateriaal


Bielefeld, Duitsland | Geplaatst op 9 april 2021

Consisting of carbon atoms, graphene is a material just one atom thick where the atoms are arranged in a hexagonal lattice. This arrangement of atoms is what results in graphene’s unique property: the electrons in this material move as if they did not have mass. This “massless” behavior of electrons leads to very high electrical conductivity in graphene and, importantly, this property is maintained at room temperature and under ambient conditions. Graphene is therefore potentially very interesting for modern electronics applications.

It was recently discovered that the high electronic conductivity and “massless” behavior of its electrons allows graphene to alter the frequency components of electric currents that pass through it. This property is highly dependent on how strong this current is. In modern electronics, such a nonlinearity comprises one of the most basic functionalities for switching and processing of electrical signals. What makes graphene unique is that its nonlinearity is by far the strongest of all electronic materials. Moreover, it works very well for exceptionally high electronic frequencies, extending into the technologically important terahertz (THz) range where most conventional electronic materials fail.

In their new study, the team of researchers from Germany and Spain demonstrated that graphene’s nonlinearity can be very efficiently controlled by applying comparatively modest electrical voltages to the material. For this, the researchers manufactured a device resembling a transistor, where a control voltage could be applied to graphene via a set of electrical contacts. Then, ultrahigh-frequency THz signals were transmitted using the device: the transmission and subsequent transformation of these signals were then analyzed in relation to the voltage applied. The researchers found that graphene becomes almost perfectly transparent at a certain voltage – its normally strong nonlinear response nearly vanishes. By slightly increasing or lowering the voltage from this critical value, graphene can be turned into a strongly nonlinear material, significantly altering the strength and the frequency components of the transmitted and remitted THz electronic signals.

“This is a significant step forward towards implementation of graphene in electrical signal processing and signal modulation applications,” says Prof. Dmitry Turchinovich, a physicist at Bielefeld University and one of the heads of this study. “Earlier we had already demonstrated that graphene is by far the most nonlinear functional material we know of. We also understand the physics behind nonlinearity, which is now known as thermodynamic picture of ultrafast electron transport in graphene. But until now we did not know how to control this nonlinearity, which was the missing link with respect to using graphene in everyday technologies.”

“By applying the control voltage to graphene, we were able to alter the number of electrons in the material that can move freely when the electrical signal is applied to it,” explains Dr. Hassan A. Hafez, a member of Professor Dr. Turchinovich’s lab in Bielefeld, and one of the lead authors of the study. “On one hand, the more electrons can move in response to the applied electric field, the stronger the currents, which should enhance the nonlinearity. But on the other hand, the more free electrons are available, the stronger the interaction between them is, and this suppresses the nonlinearity. Here we demonstrated – both experimentally and theoretically – that by applying a relatively weak external voltage of only a few volts, the optimal conditions for the strongest THz nonlin-earity in graphene can be created.”

“With this work, we have reached an important milestone on the path towards to using graphene as an extremely efficient nonlinear functional quantum material in devices like THz frequency converters, mixers, and modulators,” says Professor Dr. Michael Gensch from the Institute of Optical Sensor Systems of the German Aerospace Center (DLR) and the Technical University of Berlin, who is the other head of this study. “This is extremely relevant because graphene is perfectly compatible with existing electronic ultrahigh-frequency semiconductor technology such as CMOS or Bi-CMOS. It is therefore now possible to envision hybrid devices in which the initial electric signal is generated at lower frequency using existing semiconductor technology but can then very efficiently be up-converted to much higher THz frequencies in graphene, all in a fully controllable and predictable manner.”

###

Onderzoekers van de Universiteit van Bielefeld, het Instituut voor Optische Sensorsystemen van de DLR, de Technische Universiteit van Berlijn, het Helmholtz Centrum Dresden-Rossendorf en het Max Planck Instituut voor Polymeeronderzoek in Duitsland, evenals het Catalaanse Instituut voor Nanowetenschappen en Nanotechnologie (ICN2) en het Instituut voor Fotonische Wetenschappen (ICFO) in Spanje namen deel aan dit onderzoek.

####

Voor meer informatie, klik hier

Kontakte:
Professor Dr. Dmitry Turchinovich, Universiteit Bielefeld
49-521-106-5468

@uniaktuell

Auteursrecht © Universiteit Bielefeld

Als u een opmerking heeft, alstublieft Neem contact op met ons op.

Uitgevers van nieuwsberichten, niet 7th Wave, Inc. of Nanotechnology Now, zijn zelf verantwoordelijk voor de juistheid van de inhoud.

Bladwijzer:
Heerlijk Digg Newsvine Kopen Google Reviews Yahoo Reddit Magnoliacom opvouwen Facebook

Gerelateerde Links

Oorspronkelijke publicatie:

Gerelateerd nieuws Pers

Nieuws en informatie

Antilichaam-bindingsplaats behouden in COVID-19-virusvarianten: de structurele onthulling kan implicaties hebben als een therapeutisch doelwit in alle SARS-CoV-2-varianten April 9, 2021

Ontdekking kan de levensduur van elektronische apparaten helpen verlengen: het onderzoek zou ertoe kunnen leiden dat elektronica wordt ontworpen met een beter uithoudingsvermogen April 9, 2021

Energieoverdracht door gouden nanodeeltjes gekoppeld aan DNA-structuren April 9, 2021

Een nieuw middel voor de hersenziekten: mRNA April 9, 2021

Grafeen / grafiet

De coating- en composietindustrie in Chili maakt een sprong voorwaarts door gebruik te maken van oplossingen voor grafeen-nanobuisjes April 9, 2021

INBRAIN Neuroelectronics haalt meer dan € 14 miljoen op om slimme op grafeen gebaseerde neurale implantaten te ontwikkelen voor gepersonaliseerde therapieën bij hersenaandoeningen Maart 26th, 2021

Dankzij het ontwerp kunnen lithiumbatterijen met een langere levensduur en krachtiger worden gebruikt: het gebruik van een nieuwe elektrolyt kan geavanceerde metalen elektroden en hogere spanningen mogelijk maken, waardoor de capaciteit en de levensduur toenemen Maart 26th, 2021

Een nieuwe industriestandaard voor batterijen: ultraschone faciliteit voor dispersies van grafeen-nanobuisjes Maart 19th, 2021

Mogelijke toekomsten

Antilichaam-bindingsplaats behouden in COVID-19-virusvarianten: de structurele onthulling kan implicaties hebben als een therapeutisch doelwit in alle SARS-CoV-2-varianten April 9, 2021

Ontdekking kan de levensduur van elektronische apparaten helpen verlengen: het onderzoek zou ertoe kunnen leiden dat elektronica wordt ontworpen met een beter uithoudingsvermogen April 9, 2021

Energieoverdracht door gouden nanodeeltjes gekoppeld aan DNA-structuren April 9, 2021

Een nieuw middel voor de hersenziekten: mRNA April 9, 2021

Chiptechnologie

Ontdekking kan de levensduur van elektronische apparaten helpen verlengen: het onderzoek zou ertoe kunnen leiden dat elektronica wordt ontworpen met een beter uithoudingsvermogen April 9, 2021

Energieoverdracht door gouden nanodeeltjes gekoppeld aan DNA-structuren April 9, 2021

Kennis en kracht: Oxford Instruments Plasmatechnologie en LayTec bundelen hun krachten om kritische front-end verwerkingsoplossingen te bieden voor de productie van samengestelde halfgeleidercomponenten April 7, 2021

Zuurstof-bevorderde synthese van grafeen nanoribbons uit fauteuils op Cu (111) April 2nd, 2021

Nano-elektronica

Energieoverdracht door gouden nanodeeltjes gekoppeld aan DNA-structuren April 9, 2021

Zuurstof-bevorderde synthese van grafeen nanoribbons uit fauteuils op Cu (111) April 2nd, 2021

Engineering van de grens tussen 2D- en 3D-materialen: geavanceerde microscoop helpt manieren te onthullen om de elektronische eigenschappen van atomair dunne materialen te beheersen Februari 26th, 2021

Vormveranderende kristallen - variërende stabiliteit in verschillende vormen van galliumselenide-monolagen: onderzoekers onderzoeken de structuur en eigenschappen van een recentelijk geïdentificeerde polymorf van galliumselenide-kristallaag Januari 1st, 2021

ontdekkingen

Antilichaam-bindingsplaats behouden in COVID-19-virusvarianten: de structurele onthulling kan implicaties hebben als een therapeutisch doelwit in alle SARS-CoV-2-varianten April 9, 2021

Ontdekking kan de levensduur van elektronische apparaten helpen verlengen: het onderzoek zou ertoe kunnen leiden dat elektronica wordt ontworpen met een beter uithoudingsvermogen April 9, 2021

Energieoverdracht door gouden nanodeeltjes gekoppeld aan DNA-structuren April 9, 2021

Een nieuw middel voor de hersenziekten: mRNA April 9, 2021

Mededelingen

Ontdekking kan de levensduur van elektronische apparaten helpen verlengen: het onderzoek zou ertoe kunnen leiden dat elektronica wordt ontworpen met een beter uithoudingsvermogen April 9, 2021

Energieoverdracht door gouden nanodeeltjes gekoppeld aan DNA-structuren April 9, 2021

Een nieuw middel voor de hersenziekten: mRNA April 9, 2021

De coating- en composietindustrie in Chili maakt een sprong voorwaarts door gebruik te maken van oplossingen voor grafeen-nanobuisjes April 9, 2021

Interviews / Boekbesprekingen / Essays / Rapporten / Podcasts / Journals / White papers / Posters

Antilichaam-bindingsplaats behouden in COVID-19-virusvarianten: de structurele onthulling kan implicaties hebben als een therapeutisch doelwit in alle SARS-CoV-2-varianten April 9, 2021

Ontdekking kan de levensduur van elektronische apparaten helpen verlengen: het onderzoek zou ertoe kunnen leiden dat elektronica wordt ontworpen met een beter uithoudingsvermogen April 9, 2021

Energieoverdracht door gouden nanodeeltjes gekoppeld aan DNA-structuren April 9, 2021

Een nieuw middel voor de hersenziekten: mRNA April 9, 2021

Bron: http://www.nanotech-now.com/news.cgi?story_id=56639

Tijdstempel:

Meer van Nanotechnologie nu