Comutatorul pe bază de apă depășește dispozitivele semiconductoare

Un întrerupător pe bază de apă controlat cu laser care funcționează de două ori mai repede decât comutatoarele semiconductoare existente a fost dezvoltat de un trio de fizicieni din Germania. Adrian Buchmann, Claudius Hoberg, Fabio Novelli de la Universitatea Ruhr, Bochum, a folosit un impuls laser ultrascurt pentru a crea o stare temporară asemănătoare metalului într-un jet de apă lichidă. Acest lucru a modificat transmisia impulsurilor terahertzi pe intervale de timp de doar zeci de femtosecunde.

Cu cele mai recente comutatoare pe bază de semiconductori care se apropie de limitele superioare fundamentale ale cât de repede pot funcționa, cercetătorii caută modalități mai rapide de comutare a semnalelor. Un loc neașteptat în care să cauți inspirație este comportamentul curios al apei în condiții extreme – precum cele din adâncurile planetelor gigantice de gheață sau create de lasere puternice.

Simulările de dinamică moleculară sugerează că apa intră într-o stare metalică la presiuni de 300 GPa și temperaturi de 7000 K. Deși astfel de condiții nu apar pe Pământ, este posibil ca această stare să contribuie la câmpurile magnetice ale lui Uranus și Neptun. Pentru a studia acest efect mai aproape de casă, experimentele recente au folosit impulsuri laser puternice și ultrascurte pentru a declanșa fotoionizarea în soluții pe bază de apă - creând stări trecătoare, asemănătoare metalelor.

Jet de lichid

În cadrul studiului, trio-ul din Bochum a tras impulsuri laser la o soluție pe bază de apă de iodură de sodiu. Soluția a fost pulverizată dintr-o duză specializată, care a turtit jetul de lichid într-o foaie groasă de microni. Când sunt supuși unui impuls laser optic intens care a durat 50 fs, electronii din ionii de iodură devin excitați în banda de conducție a apei lichide. Acest impuls „pompă” face ca apa să se comporte ca un metal, cel puțin temporar.

Apa se dovedește a fi moartă electric la interfețe

În această stare asemănătoare metalului, proprietățile optice ale apei sunt modificate temporar. Pentru a detecta această schimbare, Buchmann, Hoberg și Novelli au lansat un puls „sondă” de radiație teraherți în apă și au măsurat cât de mult din pulsul sondei a fost transmis prin apă. Când impulsurile pompei și ale sondei s-au suprapus cu întârziere zero, ei au descoperit că transmisia a scăzut cu 20% în comparație cu transmisia în absența unui impuls de pompă. Prin creșterea întârzierii dintre pompă și sondă, echipa a stabilit că a fost nevoie de doar 70 fs pentru ca apa să se relaxeze de la un metal la starea sa normală.

Impulsurile sondei terahertzi au avut o lungime de aproximativ 1 ps, ceea ce este semnificativ mai lung decât pulsul pompei și timpul de relaxare al apei. Acest lucru a permis echipei să schimbe formele impulsurilor sondei transmise, schimbând frecvențele din impulsuri la valori mai mari. Trio-ul spune că acest efect de schimbare a frecvenței ar putea avea aplicații utile în experimente.

Privind mai departe în viitor, trio-ul speră că cercetările sale ar putea deschide calea pentru un nou domeniu de „electronica apei”. Cu un timp de comutare de doar 70 fs, apa este deja de două ori mai rapidă decât cele mai bune comutatoare cu semiconductor, care necesită aproximativ 150 fs pentru a schimba starea.

Cercetarea este descrisă în Fotonica APL.

• Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
• Sursa: https://physicsworld.com/a/water-based-switch-outpaces-semiconductor-devices/