Grafen: Vse pod nadzorom: Raziskovalna skupina prikazuje nadzorni mehanizem za kvantni material

Ponovno objavil Platon

Spremljevalci: 0

Domov > Pritisnite > Grafen: Vse pod nadzorom: Raziskovalna skupina prikazuje nadzorni mehanizem za kvantni material

Profesor dr. Dmitry Turchinovich z univerze Bielefeld je eden od dveh vodij študije. Raziskuje, kako je mogoče grafen uporabiti v prihodnjih aplikacijah v elektrotehniki. Foto: Univerza Bielefeld/ M.-D. Müller KREDIT Fotografija: Univerza Bielefeld/M.-D. Müller

Povzetek:
Kako čim hitreje prenesti ali obdelati velike količine podatkov? Eden od ključev do tega bi lahko bil grafen. Ultra tanek material je debel le eno atomsko plast, elektroni, ki jih vsebuje, pa imajo prav posebne lastnosti zaradi kvantnih učinkov. Zato bi lahko bil zelo primeren za uporabo v visoko zmogljivih elektronskih komponentah. Do te točke pa je bilo premalo znanja o tem, kako ustrezno nadzorovati določene lastnosti grafena. Nova študija skupine znanstvenikov iz Bielefelda in Berlina skupaj z raziskovalci iz drugih raziskovalnih inštitutov v Nemčiji in Španiji to spreminja. Ugotovitve ekipe so bile objavljene v reviji Science Advances.

Grafen: Vse pod nadzorom: Raziskovalna skupina prikazuje nadzorni mehanizem za kvantni material

Bielefeld, Nemčija | Objavljeno 9. aprila 2021

Grafen, sestavljen iz atomov ogljika, je material, debel le en atom, kjer so atomi razporejeni v šesterokotno mrežo. Ta razporeditev atomov je tisto, kar ima za posledico edinstveno lastnost grafena: elektroni v tem materialu se premikajo, kot da ne bi imeli mase. To "brezmasno" vedenje elektronov vodi do zelo visoke električne prevodnosti v grafenu in, kar je pomembno, ta lastnost se ohranja pri sobni temperaturi in v okoljskih pogojih. Grafen je torej potencialno zelo zanimiv za sodobne elektronske aplikacije.

Nedavno je bilo odkrito, da visoka elektronska prevodnost in "brezmasno" obnašanje njegovih elektronov omogočata grafenu, da spremeni frekvenčne komponente električnih tokov, ki prehajajo skozenj. Ta lastnost je močno odvisna od tega, kako močan je ta tok. V sodobni elektroniki je takšna nelinearnost ena najosnovnejših funkcionalnosti za preklop in obdelavo električnih signalov. Zaradi česar je grafen edinstven, je njegova nelinearnost daleč najmočnejša od vseh elektronskih materialov. Poleg tega zelo dobro deluje pri izjemno visokih elektronskih frekvencah, ki segajo v tehnološko pomembno območje terahercev (THz), kjer večina običajnih elektronskih materialov odpove.

V svoji novi študiji je ekipa raziskovalcev iz Nemčije in Španije dokazala, da je mogoče nelinearnost grafena zelo učinkovito nadzorovati z uporabo razmeroma skromnih električnih napetosti na material. Za to so raziskovalci izdelali napravo, ki je podobna tranzistorju, kjer je mogoče krmilno napetost uporabiti za grafen prek niza električnih kontaktov. Nato so bili z napravo oddani ultravisokofrekvenčni THz signali: prenos in poznejša transformacija teh signalov sta bila nato analizirana glede na uporabljeno napetost. Raziskovalci so ugotovili, da postane grafen pri določeni napetosti skoraj popolnoma prozoren - njegov običajno močan nelinearni odziv skoraj izgine. Z rahlim povečanjem ali znižanjem napetosti s te kritične vrednosti je mogoče grafen spremeniti v močno nelinearen material, ki znatno spremeni moč in frekvenčne komponente oddanih in oddanih THz elektronskih signalov.

"To je pomemben korak naprej k izvajanju grafena v aplikacijah za obdelavo električnih signalov in modulacijo signalov," pravi prof. Dmitry Turchinovich, fizik na univerzi Bielefeld in eden od vodij te študije. "Prej smo že dokazali, da je grafen daleč najbolj nelinearen funkcionalni material, kar jih poznamo. Razumemo tudi fiziko za nelinearnostjo, ki je zdaj znana kot termodinamična slika ultrahitrega prenosa elektronov v grafenu. Toda do zdaj nismo vedeli, kako nadzorovati to nelinearnost, ki je bila manjkajoči člen v zvezi z uporabo grafena v vsakodnevnih tehnologijah."

"Z uporabo krmilne napetosti za grafen smo lahko spremenili število elektronov v materialu, ki se lahko prosto gibljejo, ko je nanj uporabljen električni signal," pojasnjuje dr. Hassan A. Hafez, član skupine profesorja dr. Turchinovicha. laboratoriju v Bielefeldu in eden od vodilnih avtorjev študije. "Po eni strani, več elektronov se lahko premika kot odziv na uporabljeno električno polje, močnejši so tokovi, kar bi moralo povečati nelinearnost. Toda po drugi strani, več prostih elektronov je na voljo, močnejša je interakcija med njimi, in to zavira nelinearnost. Tukaj smo dokazali - tako eksperimentalno kot teoretično - da je mogoče z uporabo relativno šibke zunanje napetosti le nekaj voltov ustvariti optimalne pogoje za najmočnejšo THz nelinearnost v grafenu."

"S tem delom smo dosegli pomemben mejnik na poti do uporabe grafena kot izjemno učinkovitega nelinearnega funkcionalnega kvantnega materiala v napravah, kot so THz frekvenčni pretvorniki, mešalniki in modulatorji," pravi profesor dr. Michael Gensch z Inštituta za optiko. Senzorski sistemi nemškega vesoljskega centra (DLR) in Tehnične univerze v Berlinu, ki je drugi vodja te študije. "To je izjemno pomembno, ker je grafen popolnoma združljiv z obstoječo elektronsko ultravisokofrekvenčno polprevodniško tehnologijo, kot sta CMOS ali Bi-CMOS. Zato je zdaj mogoče zamisliti hibridne naprave, v katerih se začetni električni signal generira pri nižji frekvenci z uporabo obstoječe polprevodniške tehnologije vendar se lahko nato zelo učinkovito pretvori v veliko višje frekvence THz v grafenu, vse na popolnoma nadzorovan in predvidljiv način."

# # #

Raziskovalci z Univerze Bielefeld, Inštituta za optične senzorske sisteme DLR, Tehnične univerze v Berlinu, Helmholtzovega centra Dresden-Rossendorf in Inštituta Maxa Plancka za raziskave polimerov v Nemčiji ter Katalonskega inštituta za nanoznanost in V tej študiji sta sodelovala Nanotehnologija (ICN2) in Inštitut za fotonske znanosti (ICFO) v Španiji.

####

Za več informacij kliknite tukaj

Kontakt:
Profesor dr. Dmitry Turchinovich, Univerza v Bielefeldu
49-521-106-5468

@uniaktuell

Če imate komentar, prosim Kontakt nas.

Izdajalci novic, ne 7th Wave, Inc. ali Nanotechnology Now, so izključno odgovorni za točnost vsebine.

Zaznamek: