Графен: Все під контролем: Дослідницька група демонструє механізм контролю квантового матеріалу

Вихідний вузол: 806209

Головна > прес > Графен: усе під контролем: дослідницька група демонструє механізм контролю квантового матеріалу

Професор д-р Дмитро Турчинович з Білефельдського університету є одним із двох керівників дослідження. Він досліджує, як графен можна використовувати в майбутніх додатках електротехніки. Фото: Білефельдський університет/ M.-D. Müller CREDIT Фото: Білефельдський університет/M.-D. Мюллер
Професор д-р Дмитро Турчинович з Білефельдського університету є одним із двох керівників дослідження. Він досліджує, як графен можна використовувати в майбутніх додатках електротехніки. Фото: Білефельдський університет/ M.-D. Müller CREDIT Фото: Білефельдський університет/M.-D. Мюллер

Анотація:
How can large amounts of data be transferred or processed as quickly as possible? One key to this could be graphene. The ultra-thin material is only one atomic layer thick, and the electrons it contains have very special properties due to quantum effects. It could therefore be very well suited for use in high-performance electronic components. Up to this point, however, there has been a lack of knowledge about how to suitably control certain properties of graphene. A new study by a team of scientists from Bielefeld and Berlin, together with researchers from other research institutes in Germany and Spain, is changing this. The team's findings have been published in the journal Science Advances.

Графен: Все під контролем: Дослідницька група демонструє механізм контролю квантового матеріалу

Білефельд, Німеччина | Опубліковано 9 квітня 2021 р

Consisting of carbon atoms, graphene is a material just one atom thick where the atoms are arranged in a hexagonal lattice. This arrangement of atoms is what results in graphene's unique property: the electrons in this material move as if they did not have mass. This "massless" behavior of electrons leads to very high electrical conductivity in graphene and, importantly, this property is maintained at room temperature and under ambient conditions. Graphene is therefore potentially very interesting for modern electronics applications.

It was recently discovered that the high electronic conductivity and "massless" behavior of its electrons allows graphene to alter the frequency components of electric currents that pass through it. This property is highly dependent on how strong this current is. In modern electronics, such a nonlinearity comprises one of the most basic functionalities for switching and processing of electrical signals. What makes graphene unique is that its nonlinearity is by far the strongest of all electronic materials. Moreover, it works very well for exceptionally high electronic frequencies, extending into the technologically important terahertz (THz) range where most conventional electronic materials fail.

In their new study, the team of researchers from Germany and Spain demonstrated that graphene's nonlinearity can be very efficiently controlled by applying comparatively modest electrical voltages to the material. For this, the researchers manufactured a device resembling a transistor, where a control voltage could be applied to graphene via a set of electrical contacts. Then, ultrahigh-frequency THz signals were transmitted using the device: the transmission and subsequent transformation of these signals were then analyzed in relation to the voltage applied. The researchers found that graphene becomes almost perfectly transparent at a certain voltage - its normally strong nonlinear response nearly vanishes. By slightly increasing or lowering the voltage from this critical value, graphene can be turned into a strongly nonlinear material, significantly altering the strength and the frequency components of the transmitted and remitted THz electronic signals.

"This is a significant step forward towards implementation of graphene in electrical signal processing and signal modulation applications," says Prof. Dmitry Turchinovich, a physicist at Bielefeld University and one of the heads of this study. "Earlier we had already demonstrated that graphene is by far the most nonlinear functional material we know of. We also understand the physics behind nonlinearity, which is now known as thermodynamic picture of ultrafast electron transport in graphene. But until now we did not know how to control this nonlinearity, which was the missing link with respect to using graphene in everyday technologies."

"By applying the control voltage to graphene, we were able to alter the number of electrons in the material that can move freely when the electrical signal is applied to it," explains Dr. Hassan A. Hafez, a member of Professor Dr. Turchinovich's lab in Bielefeld, and one of the lead authors of the study. "On one hand, the more electrons can move in response to the applied electric field, the stronger the currents, which should enhance the nonlinearity. But on the other hand, the more free electrons are available, the stronger the interaction between them is, and this suppresses the nonlinearity. Here we demonstrated - both experimentally and theoretically - that by applying a relatively weak external voltage of only a few volts, the optimal conditions for the strongest THz nonlin-earity in graphene can be created."

"With this work, we have reached an important milestone on the path towards to using graphene as an extremely efficient nonlinear functional quantum material in devices like THz frequency converters, mixers, and modulators," says Professor Dr. Michael Gensch from the Institute of Optical Sensor Systems of the German Aerospace Center (DLR) and the Technical University of Berlin, who is the other head of this study. "This is extremely relevant because graphene is perfectly compatible with existing electronic ultrahigh-frequency semiconductor technology such as CMOS or Bi-CMOS. It is therefore now possible to envision hybrid devices in which the initial electric signal is generated at lower frequency using existing semiconductor technology but can then very efficiently be up-converted to much higher THz frequencies in graphene, all in a fully controllable and predictable manner."

# # #

Дослідники з Університету Білефельда, Інституту оптичних сенсорних систем DLR, Технічного університету Берліна, Центру Гельмгольца в Дрездені-Россендорфі та Інституту дослідження полімерів Макса Планка в Німеччині, а також Каталонського інституту нанонаук і Нанотехнології (ICN2) та Інститут фотонних наук (ICFO) в Іспанії брали участь у цьому дослідженні.

####

Для отримання додаткової інформації натисніть тут

Контакти:
Професор д-р Дмитро Турчинович, Білефельдський університет
49-521-106-5468

@uniaktuell

Copyright © Білефельдський університет

Якщо у вас є коментар, будь ласка Контакти нам.

Видавці випусків новин, а не 7th Wave, Inc. або Nanotechnology Now, несуть повну відповідальність за точність змісту.

Закладка:
дуже смачний Digg Newsvine Google Yahoo Reddit Магноліаком Шерсть Facebook

Посилання

Оригінальна публікація:

Новини преси

Новини та інформація

Місце зв’язування антитіл, збережене у всіх варіантах вірусу COVID-19: Структурне виявлення може мати значення як терапевтична мішень у всіх варіантах SARS-CoV-2 Квітень 9th, 2021

Діскавері може допомогти продовжити тривалість життя електронних пристроїв: дослідження може призвести до того, що електроніка буде розроблена з кращою витривалістю Квітень 9th, 2021

Передача енергії наночастинками золота, пов’язаними зі структурами ДНК Квітень 9th, 2021

Новий агент для захворювань мозку: мРНК Квітень 9th, 2021

Графен/графіт

Промисловість покриттів і композицій Чилі робить ривок вперед, використовуючи рішення з графенових нанотрубок Квітень 9th, 2021

INBRAIN Neuroelectronics збирає понад 14 мільйонів євро на розробку розумних нейронних імплантатів на основі графену для персоналізованої терапії захворювань мозку Березень 26th, 2021

Конструкція може забезпечити більш тривалий термін служби літієвих батарей: використання нового електроліту може дозволити використовувати вдосконалені металеві електроди та більш високу напругу, підвищити ємність та термін служби Березень 26th, 2021

Новий галузевий стандарт для батарей: ультрачиста установка для дисперсій графенових нанотрубок Березень 19th, 2021

Можливе майбутнє

Місце зв’язування антитіл, збережене у всіх варіантах вірусу COVID-19: Структурне виявлення може мати значення як терапевтична мішень у всіх варіантах SARS-CoV-2 Квітень 9th, 2021

Діскавері може допомогти продовжити тривалість життя електронних пристроїв: дослідження може призвести до того, що електроніка буде розроблена з кращою витривалістю Квітень 9th, 2021

Передача енергії наночастинками золота, пов’язаними зі структурами ДНК Квітень 9th, 2021

Новий агент для захворювань мозку: мРНК Квітень 9th, 2021

Технологія чіпів

Діскавері може допомогти продовжити тривалість життя електронних пристроїв: дослідження може призвести до того, що електроніка буде розроблена з кращою витривалістю Квітень 9th, 2021

Передача енергії наночастинками золота, пов’язаними зі структурами ДНК Квітень 9th, 2021

Знання та потужність: Oxford Instruments Plasma Technology та LayTec об’єднують зусилля, щоб забезпечити критичні передньо-обробні рішення для виробництва складених напівпровідникових приладів Квітень 7th, 2021

Синтез кисневих графенових нанострічок на Cu(111) Квітня 2nd, 2021

Наноелектроніка

Передача енергії наночастинками золота, пов’язаними зі структурами ДНК Квітень 9th, 2021

Синтез кисневих графенових нанострічок на Cu(111) Квітня 2nd, 2021

Розробка кордону між 2D та 3D матеріалами: ультрасучасний мікроскоп допомагає виявити способи керування електронними властивостями атомарно тонких матеріалів Лютий 26th, 2021

Зміна форми кристалів – різна стабільність у різних формах моношарів селеніду галію: дослідники досліджують структуру та властивості нещодавно ідентифікованого поліморфного шару кристалічного шару селеніду галію Січень 1st, 2021

Відкриття

Місце зв’язування антитіл, збережене у всіх варіантах вірусу COVID-19: Структурне виявлення може мати значення як терапевтична мішень у всіх варіантах SARS-CoV-2 Квітень 9th, 2021

Діскавері може допомогти продовжити тривалість життя електронних пристроїв: дослідження може призвести до того, що електроніка буде розроблена з кращою витривалістю Квітень 9th, 2021

Передача енергії наночастинками золота, пов’язаними зі структурами ДНК Квітень 9th, 2021

Новий агент для захворювань мозку: мРНК Квітень 9th, 2021

Сповіщення

Діскавері може допомогти продовжити тривалість життя електронних пристроїв: дослідження може призвести до того, що електроніка буде розроблена з кращою витривалістю Квітень 9th, 2021

Передача енергії наночастинками золота, пов’язаними зі структурами ДНК Квітень 9th, 2021

Новий агент для захворювань мозку: мРНК Квітень 9th, 2021

Промисловість покриттів і композицій Чилі робить ривок вперед, використовуючи рішення з графенових нанотрубок Квітень 9th, 2021

Інтерв’ю / Відгуки про книги / Есе / Доповіді / Підкасти / Журнали / Доповіді / Плакати

Місце зв’язування антитіл, збережене у всіх варіантах вірусу COVID-19: Структурне виявлення може мати значення як терапевтична мішень у всіх варіантах SARS-CoV-2 Квітень 9th, 2021

Діскавері може допомогти продовжити тривалість життя електронних пристроїв: дослідження може призвести до того, що електроніка буде розроблена з кращою витривалістю Квітень 9th, 2021

Передача енергії наночастинками золота, пов’язаними зі структурами ДНК Квітень 9th, 2021

Новий агент для захворювань мозку: мРНК Квітень 9th, 2021

Джерело: http://www.nanotech-now.com/news.cgi?story_id=56639

Часова мітка:

Більше від Нанотехнології зараз