Grafen: Her Şey Kontrol Altında: Araştırma Ekibi Kuantum Malzemenin Kontrol Mekanizmasını Gösteriyor

Plato tarafından yeniden yayınlandı

İzleyiciler: 0

Ana Sayfa > Basın > Grafen: Her şey kontrol altında: Araştırma ekibi kuantum malzeme için kontrol mekanizmasını gösteriyor

Bielefeld Üniversitesi'nden Profesör Dr. Dmitry Turchinovich, araştırmanın iki öncüsünden biri. Grafenin gelecekteki elektrik mühendisliği uygulamalarında nasıl kullanılabileceğini araştırıyor. Fotoğraf: Bielefeld Üniversitesi/ M.-D. Müller KREDİSİ Fotoğraf: Bielefeld Üniversitesi/M.-D. Müller

Özet:
Büyük miktarda veri mümkün olan en kısa sürede nasıl aktarılabilir veya işlenebilir? Bunun anahtarlarından biri grafen olabilir. Ultra ince malzeme yalnızca bir atom katmanı kalınlığındadır ve içerdiği elektronlar kuantum etkileri nedeniyle çok özel özelliklere sahiptir. Bu nedenle yüksek performanslı elektronik bileşenlerde kullanıma çok uygun olabilir. Ancak bu noktaya kadar grafenin belirli özelliklerinin nasıl uygun şekilde kontrol edilebileceği konusunda bilgi eksikliği vardı. Bielefeld ve Berlin'den bir bilim insanı ekibinin, Almanya ve İspanya'daki diğer araştırma enstitülerinden araştırmacılarla birlikte yaptığı yeni bir çalışma, bu durumu değiştiriyor. Ekibin bulguları Science Advances dergisinde yayınlandı.

Grafen: Her şey kontrol altında: Araştırma ekibi kuantum materyali için kontrol mekanizmasını gösteriyor

Bielefeld, Almanya | 9 Nisan 2021'de yayınlandı

Karbon atomlarından oluşan grafen, atomların altıgen bir kafes şeklinde düzenlendiği yalnızca bir atom kalınlığında bir malzemedir. Grafenin benzersiz özelliği, atomların bu düzeniyle sonuçlanır: Bu malzemedeki elektronlar sanki kütleleri yokmuş gibi hareket ederler. Elektronların bu "kütlesiz" davranışı, grafenin çok yüksek elektrik iletkenliğine yol açar ve daha da önemlisi, bu özellik oda sıcaklığında ve ortam koşullarında korunur. Grafen bu nedenle modern elektronik uygulamaları için potansiyel olarak çok ilgi çekicidir.

Son zamanlarda, yüksek elektronik iletkenliğinin ve elektronlarının "kütlesiz" davranışının, grafenin içinden geçen elektrik akımlarının frekans bileşenlerini değiştirmesine olanak tanıdığı keşfedildi. Bu özellik büyük ölçüde bu akımın ne kadar güçlü olduğuna bağlıdır. Modern elektronikte böyle bir doğrusal olmama, elektrik sinyallerinin anahtarlanması ve işlenmesi için en temel işlevlerden birini içerir. Grafeni benzersiz kılan şey, doğrusal olmama özelliğinin tüm elektronik malzemeler arasında açık ara en güçlü olmasıdır. Üstelik olağanüstü yüksek elektronik frekanslar için çok iyi çalışır ve çoğu geleneksel elektronik malzemenin başarısız olduğu teknolojik açıdan önemli terahertz (THz) aralığına kadar uzanır.

Almanya ve İspanya'dan araştırmacılardan oluşan ekip, yeni çalışmalarında, malzemeye nispeten mütevazı elektrik voltajları uygulayarak grafenin doğrusal olmama özelliğinin çok verimli bir şekilde kontrol edilebileceğini gösterdi. Bunun için araştırmacılar, bir dizi elektrik kontağı aracılığıyla grafene kontrol voltajının uygulanabildiği, transistöre benzeyen bir cihaz ürettiler. Daha sonra cihaz kullanılarak ultra yüksek frekanslı THz sinyalleri iletildi: daha sonra bu sinyallerin iletimi ve sonraki dönüşümü, uygulanan voltaja göre analiz edildi. Araştırmacılar, grafenin belirli bir voltajda neredeyse tamamen şeffaf hale geldiğini, normalde güçlü olan doğrusal olmayan tepkisinin neredeyse kaybolduğunu buldu. Gerilimi bu kritik değerden hafifçe artırarak veya düşürerek, grafen, iletilen ve gönderilen THz elektronik sinyallerinin gücünü ve frekans bileşenlerini önemli ölçüde değiştirerek, güçlü bir şekilde doğrusal olmayan bir malzemeye dönüştürülebilir.

Bielefeld Üniversitesi'nden fizikçi ve bu çalışmanın başkanlarından biri olan Prof. Dmitry Turchinovich, "Bu, grafenin elektriksel sinyal işleme ve sinyal modülasyonu uygulamalarında uygulanmasına yönelik önemli bir adımdır" diyor. "Daha önce grafenin bildiğimiz en doğrusal olmayan fonksiyonel malzeme olduğunu zaten göstermiştik. Aynı zamanda, şu anda grafendeki ultra hızlı elektron taşınmasının termodinamik resmi olarak bilinen doğrusal olmamanın ardındaki fiziği de anlıyoruz. Ancak şimdiye kadar bunun nasıl olduğunu bilmiyorduk. günlük teknolojilerde grafenin kullanılmasıyla ilgili eksik halka olan bu doğrusal olmayışın kontrol edilmesi."

Profesör Dr. Turchinovich'in ekibinin bir üyesi olan Dr. Hassan A. Hafez, "Kontrol voltajını grafene uygulayarak, elektrik sinyali uygulandığında malzemede serbestçe hareket edebilen elektronların sayısını değiştirebildik" diye açıklıyor. Bielefeld'deki laboratuvar ve çalışmanın baş yazarlarından biri. "Bir yandan, uygulanan elektrik alanına yanıt olarak ne kadar çok elektron hareket edebilirse, akımlar da o kadar güçlü olur ki bu da doğrusal olmayışı artırır. Ancak diğer yandan, ne kadar çok serbest elektron mevcutsa, aralarındaki etkileşim de o kadar güçlü olur, Burada hem deneysel hem de teorik olarak sadece birkaç voltluk nispeten zayıf bir harici voltaj uygulayarak, grafendeki en güçlü THz doğrusal olmama durumu için en uygun koşulların yaratılabileceğini gösterdik."

Optik Enstitüsü'nden Profesör Dr. Michael Gensch, "Bu çalışmayla, grafeni THz frekans dönüştürücüler, karıştırıcılar ve modülatörler gibi cihazlarda son derece verimli, doğrusal olmayan fonksiyonel bir kuantum malzemesi olarak kullanma yolunda önemli bir dönüm noktasına ulaştık" diyor. Bu çalışmanın diğer başkanı olan Alman Havacılık ve Uzay Merkezi (DLR) ve Berlin Teknik Üniversitesi Sensör Sistemleri. "Bu son derece önemlidir çünkü grafen, CMOS veya Bi-CMOS gibi mevcut elektronik ultra yüksek frekanslı yarı iletken teknolojisiyle mükemmel bir şekilde uyumludur. Bu nedenle, mevcut yarı iletken teknolojisini kullanarak başlangıçtaki elektrik sinyalinin daha düşük frekansta üretildiği hibrit cihazları tasavvur etmek artık mümkün. ancak daha sonra tamamen kontrol edilebilir ve öngörülebilir bir şekilde, grafende çok daha yüksek THz frekanslarına çok verimli bir şekilde yukarı dönüştürülebilir."

###

Bielefeld Üniversitesi, DLR Optik Sensör Sistemleri Enstitüsü, Berlin Teknik Üniversitesi, Helmholtz Dresden-Rossendorf Merkezi ve Almanya'daki Max Planck Polimer Araştırma Enstitüsü'nün yanı sıra Katalan Nanobilim ve Araştırma Enstitüsü'nden araştırmacılar Bu çalışmaya Nanoteknoloji (ICN2) ve İspanya'daki Fotonik Bilimler Enstitüsü (ICFO) katıldı.

####

Daha fazla bilgi için lütfen tıklayın okuyun

İletişim:
Profesör Dr. Dmitry Turchinovich, Bielefeld Üniversitesi
49-521-106-5468

@uniaktuell

Telif Hakkı © Bielefeld Üniversitesi

Bir yorumunuz varsa, lütfen İletişim bize.

7th Wave, Inc. veya Nanotechnology Now değil, haber bültenleri yayıncıları yalnızca içeriğin doğruluğundan sorumludur.

Yer imi: