Graphene: ทุกอย่างอยู่ภายใต้การควบคุม: ทีมวิจัยสาธิตกลไกการควบคุมสำหรับวัสดุควอนตัม

เผยแพร่ซ้ำโดยเพลโต

ผู้ติดตาม: 0

หน้าแรก > ข่าวประชา > กราฟีน: ทุกอย่างอยู่ภายใต้การควบคุม: ทีมวิจัยสาธิตกลไกการควบคุมวัสดุควอนตัม

ศาสตราจารย์ Dr. Dmitry Turchinovich จาก Bielefeld University เป็นหนึ่งในสองผู้นำการศึกษา เขาตรวจสอบว่ากราฟีนสามารถนำมาใช้ในงานวิศวกรรมไฟฟ้าในอนาคตได้อย่างไร ภาพ: Bielefeld University/ M.-D. เครดิตภาพ Müller: Bielefeld University/M.-D. มุลเลอร์

นามธรรม:
ข้อมูลจำนวนมากสามารถถ่ายโอนหรือประมวลผลได้เร็วที่สุดได้อย่างไร? กุญแจดอกหนึ่งสำหรับสิ่งนี้อาจเป็นกราฟีน วัสดุที่บางเฉียบมีความหนาเพียงชั้นอะตอมเดียว และอิเล็กตรอนที่บรรจุอยู่นั้นมีคุณสมบัติพิเศษมากเนื่องจากเอฟเฟกต์ควอนตัม ดังนั้นจึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานในชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ที่มีประสิทธิภาพสูง จนถึงตอนนี้ ยังขาดความรู้เกี่ยวกับวิธีการควบคุมคุณสมบัติบางอย่างของกราฟีนอย่างเหมาะสม การศึกษาใหม่โดยทีมนักวิทยาศาสตร์จากบีเลเฟลด์และเบอร์ลิน ร่วมกับนักวิจัยจากสถาบันวิจัยอื่นๆ ในเยอรมนีและสเปน กำลังเปลี่ยนแปลงสิ่งนี้ ผลการวิจัยของทีมได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Science Advances

กราฟีน: ทุกอย่างอยู่ภายใต้การควบคุม: ทีมวิจัยแสดงให้เห็นถึงกลไกการควบคุมสำหรับวัสดุควอนตัม

บีเลเฟลด์ เยอรมนี | โพสต์เมื่อ 9 เมษายน 2021

ประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอน กราฟีนเป็นวัสดุที่มีความหนาเพียงอะตอมเดียวโดยที่อะตอมถูกจัดเรียงเป็นโครงตาข่ายหกเหลี่ยม การจัดเรียงอะตอมนี้ทำให้เกิดคุณสมบัติเฉพาะของกราฟีน นั่นคือ อิเล็กตรอนในวัสดุนี้เคลื่อนที่ราวกับว่าพวกมันไม่มีมวล พฤติกรรมที่ "ไร้มวล" ของอิเล็กตรอนนี้นำไปสู่การนำไฟฟ้าที่สูงมากในกราฟีน และที่สำคัญคือ คุณสมบัตินี้จะคงอยู่ที่อุณหภูมิห้องและภายใต้สภาวะแวดล้อม กราฟีนจึงน่าสนใจมากสำหรับการใช้งานอิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่

เมื่อเร็ว ๆ นี้พบว่าการนำไฟฟ้าสูงและพฤติกรรม "ไม่มีมวล" ของอิเล็กตรอนทำให้กราฟีนเปลี่ยนส่วนประกอบความถี่ของกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านได้ คุณสมบัตินี้ขึ้นอยู่กับความแรงของกระแสนี้เป็นอย่างมาก ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ ความไม่เชิงเส้นดังกล่าวประกอบด้วยฟังก์ชันพื้นฐานที่สุดอย่างหนึ่งสำหรับการสลับและประมวลผลสัญญาณไฟฟ้า สิ่งที่ทำให้กราฟีนมีเอกลักษณ์เฉพาะคือความไม่เชิงเส้นของกราฟีนเป็นวัสดุอิเล็กทรอนิกส์ที่แข็งแกร่งที่สุด ยิ่งไปกว่านั้น มันทำงานได้ดีมากสำหรับความถี่อิเล็กทรอนิกส์ที่สูงเป็นพิเศษ โดยขยายไปสู่ช่วงเทราเฮิร์ตซ์ที่มีความสำคัญทางเทคโนโลยี (THz) ซึ่งวัสดุอิเล็กทรอนิกส์ทั่วไปส่วนใหญ่ล้มเหลว

ในการศึกษาครั้งใหม่นี้ ทีมนักวิจัยจากเยอรมนีและสเปนได้แสดงให้เห็นว่าความไม่เป็นเชิงเส้นของกราฟีนสามารถควบคุมได้อย่างมีประสิทธิภาพมากโดยการใช้แรงดันไฟฟ้าที่ค่อนข้างเจียมเนื้อเจียมตัวกับวัสดุ สำหรับสิ่งนี้ นักวิจัยได้ผลิตอุปกรณ์ที่คล้ายกับทรานซิสเตอร์ ซึ่งสามารถใช้แรงดันควบคุมกับกราฟีนผ่านชุดหน้าสัมผัสทางไฟฟ้าได้ จากนั้นจึงส่งสัญญาณ THz ความถี่สูงพิเศษโดยใช้อุปกรณ์ดังกล่าว จากนั้นจึงวิเคราะห์การส่งสัญญาณและการเปลี่ยนแปลงที่ตามมาของสัญญาณเหล่านี้ซึ่งสัมพันธ์กับแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ นักวิจัยพบว่ากราฟีนเกือบจะโปร่งใสอย่างสมบูรณ์ที่แรงดันไฟฟ้าหนึ่ง ซึ่งปกติแล้วการตอบสนองที่ไม่เป็นเชิงเส้นที่แข็งแกร่งของกราฟีนเกือบจะหายไป โดยการเพิ่มหรือลดแรงดันไฟฟ้าจากค่าวิกฤตนี้เล็กน้อย กราฟีนสามารถเปลี่ยนเป็นวัสดุที่ไม่เป็นเชิงเส้นที่รุนแรง ซึ่งจะเปลี่ยนแปลงความแรงและส่วนประกอบความถี่ของสัญญาณอิเล็กทรอนิกส์ THz ที่ส่งและนำส่งอย่างมีนัยสำคัญ

Prof. Dmitry Turchinovich นักฟิสิกส์จาก Bielefeld University และหนึ่งในหัวหน้าของการศึกษานี้กล่าวว่า "นี่เป็นก้าวสำคัญในการนำกราฟีนไปใช้ในการประมวลผลสัญญาณไฟฟ้าและการปรับสัญญาณ “ก่อนหน้านี้เราได้แสดงให้เห็นแล้วว่ากราฟีนเป็นวัสดุที่ไม่เป็นเชิงเส้นมากที่สุดที่เรารู้จัก นอกจากนี้เรายังเข้าใจฟิสิกส์ที่อยู่เบื้องหลังความไม่เชิงเส้น ซึ่งปัจจุบันรู้จักกันในชื่อภาพทางอุณหพลศาสตร์ของการขนส่งอิเล็กตรอนที่เร็วมากในกราฟีน แต่จนถึงตอนนี้ เราไม่รู้วิธีควบคุมความไม่เชิงเส้นนี้ ซึ่งเป็นจุดเชื่อมโยงที่ขาดหายไปเกี่ยวกับการใช้กราฟีนในเทคโนโลยีในชีวิตประจำวัน”

ดร. ฮัสซัน เอ. ฮาเฟซ สมาชิกคนหนึ่งของศาสตราจารย์ ดร. ทูร์ชิโนวิช อธิบาย "การใช้แรงดันไฟฟ้าควบคุมกับกราฟีน ทำให้เราสามารถเปลี่ยนแปลงจำนวนอิเล็กตรอนในวัสดุที่สามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระเมื่อสัญญาณไฟฟ้าถูกนำไปใช้กับกราฟีน" ห้องปฏิบัติการในบีเลเฟลด์ และหนึ่งในผู้เขียนหลักของการศึกษานี้ “ในแง่หนึ่ง ยิ่งอิเล็กตรอนสามารถเคลื่อนที่ตอบสนองต่อสนามไฟฟ้าได้มาก กระแสก็จะยิ่งแรงขึ้น ซึ่งควรเพิ่มความไม่เชิงเส้น แต่ในทางกลับกัน ยิ่งมีอิเล็กตรอนอิสระมากเท่าไร ปฏิสัมพันธ์ระหว่างพวกมันก็จะยิ่งแข็งแกร่งขึ้น และสิ่งนี้จะยับยั้งความไม่เป็นเชิงเส้น ที่นี่เราได้แสดงให้เห็น ทั้งทางการทดลองและทางทฤษฎีว่าด้วยการใช้แรงดันไฟฟ้าภายนอกที่ค่อนข้างอ่อนเพียงไม่กี่โวลต์ สภาวะที่เหมาะสมที่สุดสำหรับ THz nonlin-earity ที่แรงที่สุดในกราฟีนสามารถสร้างขึ้นได้”

ศาสตราจารย์ดร. Michael Gensch จากสถาบันออปติคัลกล่าวว่า "ด้วยงานนี้ เราได้บรรลุหลักชัยสำคัญบนเส้นทางสู่การใช้กราฟีนเป็นวัสดุควอนตัมเชิงฟังก์ชันที่ไม่เป็นเชิงเส้นที่มีประสิทธิภาพสูงในอุปกรณ์ต่างๆ เช่น เครื่องแปลงความถี่ THz เครื่องผสม และโมดูเลเตอร์" ระบบเซ็นเซอร์ของ German Aerospace Center (DLR) และ Technical University of Berlin ซึ่งเป็นหัวหน้าคนอื่นของการศึกษานี้ “สิ่งนี้มีความเกี่ยวข้องอย่างยิ่งเพราะกราฟีนเข้ากันได้อย่างสมบูรณ์แบบกับเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์ความถี่สูงพิเศษแบบอิเล็กทรอนิกส์ที่มีอยู่ เช่น CMOS หรือ Bi-CMOS ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่จะนึกภาพอุปกรณ์ไฮบริดซึ่งสัญญาณไฟฟ้าเริ่มต้นถูกสร้างขึ้นที่ความถี่ต่ำโดยใช้เทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์ที่มีอยู่ แต่จากนั้นสามารถแปลงความถี่ THz ให้สูงขึ้นในกราฟีนได้อย่างมีประสิทธิภาพมาก ทั้งหมดนี้ในลักษณะที่ควบคุมและคาดการณ์ได้อย่างเต็มที่ ”

# # #

นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยบีเลเฟลด์, สถาบันระบบเซ็นเซอร์ออปติคัลของ DLR, Tech-nical University of Berlin, Helmholtz Center Dresden-Rossendorf และ Max Planck Institute for Polymer Research ในเยอรมนี รวมทั้งสถาบัน Catalan Institute of Nanoscience และ นาโนเทคโนโลยี (ICN2) และสถาบัน Photonic Sciences (ICFO) ในสเปนเข้าร่วมในการศึกษานี้

####

สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมกรุณาคลิก โปรดคลิกที่นี่เพื่ออ่านรายละเอียดเพิ่มเติม

ติดต่อ:
ศาสตราจารย์ ดร. ดิมิทรี ทูร์ชิโนวิช มหาวิทยาลัยบีเลเฟลด์
49-521-106-5468

@uniaktuell ครับ

ลิขสิทธิ์ © มหาวิทยาลัยบีเลเฟลด์

หากคุณมีความคิดเห็นโปรด ติดต่อ เรา

ผู้ออกข่าวประชาสัมพันธ์ไม่ใช่ 7th Wave, Inc. หรือ Nanotechnology Now มีหน้าที่รับผิดชอบต่อความถูกต้องของเนื้อหา แต่เพียงผู้เดียว

บุ๊คมาร์ค: