สวิตช์ที่ใช้น้ำแซงหน้าอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์

สวิตช์น้ำที่ควบคุมด้วยเลเซอร์ซึ่งทำงานเร็วกว่าสวิตช์เซมิคอนดักเตอร์ที่มีอยู่ถึงสองเท่าได้รับการพัฒนาโดยนักฟิสิกส์สามคนในเยอรมนี เอเดรียน บุคมันน์, เคลาดิอุส โฮเบิร์ก, ฟาบิโอ โนเวลลี ที่ Ruhr University Bochum ใช้เลเซอร์พัลส์สั้นเกินขีดเพื่อสร้างสถานะคล้ายโลหะชั่วคราวในกระแสน้ำของเหลว สิ่งนี้เปลี่ยนการส่งพัลส์เทราเฮิรตซ์ในช่วงเวลาเพียงสิบเฟมโตวินาที

ด้วยสวิตช์ที่ใช้เซมิคอนดักเตอร์รุ่นล่าสุดใกล้ถึงขีดจำกัดบนขั้นพื้นฐานของความเร็วที่พวกมันสามารถทำงานได้ นักวิจัยจึงกำลังค้นหาวิธีการเปลี่ยนสัญญาณที่รวดเร็วขึ้น สถานที่ที่ไม่คาดคิดแห่งหนึ่งในการมองหาแรงบันดาลใจคือพฤติกรรมที่แปลกประหลาดของน้ำภายใต้สภาวะที่รุนแรง เช่น ที่อยู่ลึกเข้าไปในดาวเคราะห์น้ำแข็งยักษ์หรือสร้างขึ้นโดยเลเซอร์อันทรงพลัง

การจำลองพลศาสตร์เชิงโมเลกุลแนะนำว่าน้ำเข้าสู่สถานะโลหะที่ความดัน 300 GPa และอุณหภูมิ 7000 K แม้ว่าสภาวะดังกล่าวจะไม่เกิดขึ้นบนโลก แต่ก็เป็นไปได้ที่สถานะนี้จะมีส่วนทำให้เกิดสนามแม่เหล็กของดาวยูเรนัสและดาวเนปจูน เพื่อศึกษาผลกระทบนี้ใกล้บ้านมากขึ้น การทดลองล่าสุดได้ใช้พัลส์เลเซอร์อันทรงพลังและสั้นเกินขีดเพื่อกระตุ้นโฟโตอิออนไนเซชันในสารละลายที่ใช้น้ำ ทำให้เกิดสถานะคล้ายโลหะที่เกิดขึ้นเพียงชั่วขณะ

เจ็ทของเหลว

ในการศึกษานี้ ทั้งสามคนในเมือง Bochum ยิงพัลส์เลเซอร์ไปที่สารละลายโซเดียมไอโอไดด์ที่มีน้ำเป็นองค์ประกอบหลัก สารละลายถูกฉีดพ่นจากหัวฉีดแบบพิเศษ ซึ่งทำให้เจ็ทของเหลวเรียบเป็นแผ่นที่มีความหนาไมครอน เมื่อถูกพัลส์เลเซอร์แบบออปติคอลเข้มข้นซึ่งกินเวลา 50 fs อิเล็กตรอนจากไอออนไอโอไดด์จะตื่นเต้นกับแถบการนำไฟฟ้าของน้ำของเหลว ชีพจร "ปั๊ม" นี้ทำให้น้ำมีพฤติกรรมเหมือนโลหะอย่างน้อยก็ชั่วคราว

น้ำได้รับการพิสูจน์แล้วว่าไฟฟ้าดับที่ส่วนต่อประสาน

ขณะที่อยู่ในสถานะคล้ายโลหะ คุณสมบัติทางแสงของน้ำจะมีการเปลี่ยนแปลงชั่วคราว เพื่อตรวจจับการเปลี่ยนแปลงนี้ Buchmann โฮเบิร์กและโนเวลลีได้ยิงพัลส์ "โพรบ" ของรังสีเทราเฮิร์ตซ์ไปที่น้ำ และวัดว่าพัลส์ของโพรบถูกส่งผ่านในน้ำมากน้อยเพียงใด เมื่อพัลส์ของปั๊มและโพรบซ้อนทับกันโดยไม่มีการหน่วงเวลาเป็นศูนย์ พวกเขาพบว่าการส่งผ่านลดลง 20% เมื่อเทียบกับการส่งผ่านในกรณีที่ไม่มีพัลส์ของปั๊ม ด้วยการเพิ่มความล่าช้าระหว่างปั๊มกับโพรบ ทีมงานตัดสินใจว่าใช้เวลาเพียง 70 f เพื่อให้น้ำคลายตัวจากโลหะสู่สภาวะปกติ

พัลส์โพรบเทราเฮิรตซ์มีความยาวประมาณ 1 ps ซึ่งยาวกว่าพัลส์ของปั๊มและเวลาผ่อนคลายของน้ำอย่างมีนัยสำคัญ สิ่งนี้ทำให้ทีมสามารถเปลี่ยนรูปร่างของพัลส์โพรบที่ส่งได้ เปลี่ยนความถี่ในพัลส์ให้มีค่าสูงขึ้น ทั้งสามกล่าวว่าเอฟเฟกต์การเปลี่ยนความถี่นี้อาจมีประโยชน์ในการทดลอง

เมื่อมองไกลไปในอนาคต ทั้งสามคนหวังว่าการวิจัยของพวกเขาจะสามารถปูทางไปสู่สาขาใหม่ของ "อิเล็กทรอนิกส์ทางน้ำ" ด้วยเวลาเปลี่ยนเพียง 70 fs ทำให้น้ำมีความเร็วเป็นสองเท่าของสวิตช์เซมิคอนดักเตอร์ที่ดีที่สุด ซึ่งใช้เวลาประมาณ 150 fs ในการเปลี่ยนสถานะ

งานวิจัยได้อธิบายไว้ใน เอพีแอล โฟโตนิกส์.

• เนื้อหาที่ขับเคลื่อนด้วย SEO และการเผยแพร่ประชาสัมพันธ์ รับการขยายวันนี้
• เพลโตบล็อคเชน Web3 Metaverse ข่าวกรอง ขยายความรู้. เข้าถึงได้ที่นี่.
• ที่มา: https://physicsworld.com/a/water-based-switch-outpaces-semiconductor-devices/