Графен: все под контролем: исследовательская группа демонстрирует механизм управления квантовым материалом

Переиздано Платоном

Читают: 0

Главная > Нажмите > Графен: все под контролем: исследовательская группа демонстрирует механизм управления квантовым материалом

Профессор д-р Дмитрий Турчинович из Билефельдского университета является одним из двух руководителей исследования. Он исследует, как графен можно использовать в будущих электротехнических приложениях. Фото: Университет Билефельда/М.-Д. Мюллер КРЕДИТ Фото: Университет Билефельда/M.-D. Мюллер

Абстрактные:
Как можно максимально быстро передать или обработать большие объемы данных? Одним из ключей к этому может стать графен. Ультратонкий материал имеет толщину всего в один атомный слой, а содержащиеся в нем электроны обладают совершенно особыми свойствами из-за квантовых эффектов. Поэтому он может очень хорошо подходить для использования в высокопроизводительных электронных компонентах. Однако до сих пор не было знаний о том, как правильно контролировать определенные свойства графена. Новое исследование, проведенное группой ученых из Билефельда и Берлина совместно с исследователями из других исследовательских институтов Германии и Испании, меняет ситуацию. Выводы команды были опубликованы в журнале Science Advances.

Графен: все под контролем: исследовательская группа демонстрирует механизм управления квантовым материалом

Билефельд, Германия | Опубликовано 9 апреля 2021 г.

Графен, состоящий из атомов углерода, представляет собой материал толщиной всего в один атом, атомы которого расположены в гексагональной решетке. Именно такое расположение атомов и приводит к уникальному свойству графена: электроны в этом материале движутся так, как будто у них нет массы. Такое «безмассовое» поведение электронов приводит к очень высокой электропроводности графена и, что немаловажно, это свойство сохраняется при комнатной температуре и в условиях окружающей среды. Поэтому графен потенциально очень интересен для применения в современной электронике.

Недавно было обнаружено, что высокая электронная проводимость и «безмассовое» поведение его электронов позволяет графену изменять частотные составляющие проходящих через него электрических токов. Это свойство сильно зависит от того, насколько силен этот ток. В современной электронике такая нелинейность представляет собой одну из самых основных функций переключения и обработки электрических сигналов. Что делает графен уникальным, так это то, что его нелинейность является, безусловно, самой сильной из всех электронных материалов. Более того, он очень хорошо работает на исключительно высоких электронных частотах, простирающихся до технологически важного терагерцового (ТГц) диапазона, где большинство традиционных электронных материалов не работают.

В своем новом исследовании группа исследователей из Германии и Испании продемонстрировала, что нелинейностью графена можно очень эффективно управлять, прикладывая к материалу сравнительно небольшие электрические напряжения. Для этого исследователи изготовили устройство, напоминающее транзистор, в котором управляющее напряжение можно было подавать на графен через набор электрических контактов. Затем с помощью устройства передавались сверхвысокочастотные ТГц сигналы: передача и последующее преобразование этих сигналов анализировались в зависимости от приложенного напряжения. Исследователи обнаружили, что графен становится почти идеально прозрачным при определенном напряжении — его обычно сильный нелинейный отклик практически исчезает. Немного увеличив или понизив напряжение от этого критического значения, графен можно превратить в сильно нелинейный материал, существенно изменяя силу и частотные составляющие передаваемых и излучаемых ТГц электронных сигналов.

«Это значительный шаг вперед на пути к использованию графена в приложениях обработки электрических сигналов и модуляции сигналов», — говорит профессор Дмитрий Турчинович, физик из Университета Билефельда и один из руководителей этого исследования. «Ранее мы уже продемонстрировали, что графен является, безусловно, самым нелинейным функциональным материалом, который мы знаем. Мы также понимаем физику, лежащую в основе нелинейности, которая теперь известна как термодинамическая картина сверхбыстрого электронного транспорта в графене. Но до сих пор мы не знали, как это сделать. контролировать эту нелинейность, которая была недостающим звеном в использовании графена в повседневных технологиях».

«Применяя управляющее напряжение к графену, мы смогли изменить количество электронов в материале, которые могут свободно перемещаться при подаче на него электрического сигнала», — объясняет доктор Хасан А. Хафез, член профессора доктора Турчиновича. лаборатории в Билефельде и один из ведущих авторов исследования. «С одной стороны, чем больше электронов могут двигаться в ответ на приложенное электрическое поле, тем сильнее токи, что должно усиливать нелинейность. Но с другой стороны, чем больше свободных электронов доступно, тем сильнее взаимодействие между ними. и это подавляет нелинейность. Здесь мы продемонстрировали – как экспериментально, так и теоретически – что, приложив относительно слабое внешнее напряжение всего в несколько вольт, можно создать оптимальные условия для сильнейшей ТГц нелинейности в графене».

«Благодаря этой работе мы достигли важной вехи на пути к использованию графена в качестве чрезвычайно эффективного нелинейного функционального квантового материала в таких устройствах, как ТГц преобразователи частоты, смесители и модуляторы», — говорит профессор доктор Майкл Генш из Института оптических технологий. Сенсорные системы Немецкого аэрокосмического центра (DLR) и Берлинского технического университета, который является вторым руководителем этого исследования. «Это чрезвычайно актуально, поскольку графен идеально совместим с существующими электронными сверхвысокочастотными полупроводниковыми технологиями, такими как КМОП или Би-КМОП. Таким образом, теперь можно представить гибридные устройства, в которых первоначальный электрический сигнал генерируется на более низкой частоте с использованием существующей полупроводниковой технологии. но затем может быть очень эффективно преобразован в графен в гораздо более высокие ТГц частоты, и все это полностью контролируемым и предсказуемым образом».

###

Исследователи из Университета Билефельда, Института оптических сенсорных систем DLR, Берлинского технического университета, Центра Гельмгольца Дрезден-Россендорф и Института исследований полимеров Макса Планка в Германии, а также Каталонского института нанонауки и В этом исследовании приняли участие Нанотехнологии (ICN2) и Институт фотонных наук (ICFO) в Испании.

####

Для получения дополнительной информации, пожалуйста, нажмите здесь

Контактная информация:
Профессор д-р Дмитрий Турчинович, Университет Билефельда
49-521-106-5468

@uniaktuell

Если у вас есть комментарий, пожалуйста Контакты нас.

Издатели новостных выпусков, а не 7th Wave, Inc. или Nanotechnology Now, несут единоличную ответственность за точность содержания.

Закладка: