Graphene: Mọi thứ đều được kiểm soát: Nhóm nghiên cứu chứng minh cơ chế điều khiển cho vật liệu lượng tử

Được xuất bản lại bởi Plato

Người theo dõi: 0

Trang Chủ > Ấn Bản > Graphene: Mọi thứ trong tầm kiểm soát: Nhóm nghiên cứu trình diễn cơ chế kiểm soát của vật liệu lượng tử

Giáo sư Tiến sĩ Dmitry Turchinovich của Đại học Bielefeld là một trong hai người đứng đầu nghiên cứu. Ông nghiên cứu cách thức graphene có thể được sử dụng trong các ứng dụng kỹ thuật điện trong tương lai. Ảnh: Đại học Bielefeld/ M.-D. TÍN DỤNG Müller Ảnh: Đại học Bielefeld/M.-D. Muller

Tóm tắt:
Làm cách nào để có thể truyền hoặc xử lý một lượng lớn dữ liệu nhanh nhất có thể? Chìa khóa cho vấn đề này có thể là graphene. Vật liệu siêu mỏng chỉ dày một lớp nguyên tử và các electron chứa trong đó có những tính chất rất đặc biệt do hiệu ứng lượng tử. Do đó, nó có thể rất phù hợp để sử dụng trong các linh kiện điện tử hiệu suất cao. Tuy nhiên, cho đến thời điểm này, vẫn còn thiếu kiến thức về cách kiểm soát một cách thích hợp một số tính chất của graphene. Một nghiên cứu mới của nhóm các nhà khoa học từ Bielefeld và Berlin, cùng với các nhà nghiên cứu từ các viện nghiên cứu khác ở Đức và Tây Ban Nha, đang thay đổi điều này. Phát hiện của nhóm đã được công bố trên tạp chí Science Advances.

Graphene: Mọi thứ trong tầm kiểm soát: Nhóm nghiên cứu trình diễn cơ chế kiểm soát vật liệu lượng tử

Bielefeld, Đức | Đăng vào ngày 9 tháng 2021 năm XNUMX

Bao gồm các nguyên tử carbon, graphene là vật liệu chỉ dày một nguyên tử trong đó các nguyên tử được sắp xếp thành mạng lục giác. Sự sắp xếp các nguyên tử này tạo nên đặc tính độc đáo của graphene: các electron trong vật liệu này chuyển động như thể chúng không có khối lượng. Hành vi “không có khối lượng” này của các electron dẫn đến tính dẫn điện rất cao ở graphene và quan trọng là tính chất này được duy trì ở nhiệt độ phòng và trong điều kiện môi trường xung quanh. Do đó, graphene có tiềm năng rất thú vị cho các ứng dụng điện tử hiện đại.

Gần đây người ta phát hiện ra rằng độ dẫn điện cao và hành vi “không khối lượng” của các electron của nó cho phép graphene thay đổi thành phần tần số của dòng điện đi qua nó. Tính chất này phụ thuộc rất nhiều vào cường độ dòng điện này. Trong các thiết bị điện tử hiện đại, tính phi tuyến như vậy bao gồm một trong những chức năng cơ bản nhất để chuyển đổi và xử lý tín hiệu điện. Điều làm cho graphene trở nên độc đáo là tính phi tuyến của nó cho đến nay là loại vật liệu điện tử mạnh nhất. Hơn nữa, nó hoạt động rất tốt ở các tần số điện tử đặc biệt cao, mở rộng đến dải terahertz (THz) quan trọng về mặt công nghệ, nơi mà hầu hết các vật liệu điện tử thông thường đều không hoạt động.

Trong nghiên cứu mới của họ, nhóm các nhà nghiên cứu từ Đức và Tây Ban Nha đã chứng minh rằng tính phi tuyến của graphene có thể được kiểm soát rất hiệu quả bằng cách đặt điện áp tương đối khiêm tốn vào vật liệu. Để làm được điều này, các nhà nghiên cứu đã chế tạo một thiết bị giống như bóng bán dẫn, trong đó điện áp điều khiển có thể được áp vào graphene thông qua một bộ tiếp điểm điện. Sau đó, tín hiệu THz tần số siêu cao được truyền đi bằng thiết bị: quá trình truyền và biến đổi tiếp theo của các tín hiệu này sau đó được phân tích liên quan đến điện áp đặt vào. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng graphene trở nên gần như trong suốt hoàn toàn ở một điện áp nhất định – phản ứng phi tuyến mạnh thường thấy của nó gần như biến mất. Bằng cách tăng hoặc giảm điện áp một chút so với giá trị tới hạn này, graphene có thể biến thành vật liệu phi tuyến mạnh, làm thay đổi đáng kể cường độ và thành phần tần số của tín hiệu điện tử THz được truyền và phát ra.

Giáo sư Dmitry Turchinovich, nhà vật lý tại Đại học Bielefeld và là một trong những người đứng đầu nghiên cứu này cho biết: “Đây là một bước tiến quan trọng hướng tới việc triển khai graphene trong các ứng dụng điều chế tín hiệu và xử lý tín hiệu điện”. “Trước đây, chúng tôi đã chứng minh rằng graphene là vật liệu có chức năng phi tuyến nhất mà chúng tôi biết. Chúng tôi cũng hiểu tính chất vật lý đằng sau sự phi tuyến, cái mà ngày nay được gọi là hình ảnh nhiệt động lực học của sự vận chuyển electron cực nhanh trong graphene. Nhưng cho đến nay chúng tôi vẫn chưa biết làm thế nào để kiểm soát tính phi tuyến tính này, vốn là mối liên kết còn thiếu đối với việc sử dụng graphene trong các công nghệ hàng ngày.”

Tiến sĩ Hassan A. Hafez, thành viên nhóm nghiên cứu của Giáo sư, Tiến sĩ Turchinovich, giải thích: “Bằng cách áp điện áp điều khiển vào graphene, chúng tôi có thể thay đổi số lượng electron trong vật liệu có thể chuyển động tự do khi tín hiệu điện được đưa vào nó”. phòng thí nghiệm ở Bielefeld và là một trong những tác giả chính của nghiên cứu. "Một mặt, càng có nhiều electron có thể chuyển động để phản ứng với điện trường đặt vào thì dòng điện càng mạnh, điều này sẽ làm tăng tính phi tuyến. Nhưng mặt khác, càng có nhiều electron tự do thì tương tác giữa chúng càng mạnh, và điều này triệt tiêu tính phi tuyến. Ở đây chúng tôi đã chứng minh - cả về mặt thực nghiệm và lý thuyết - rằng bằng cách đặt một điện áp bên ngoài tương đối yếu chỉ vài volt, có thể tạo ra các điều kiện tối ưu cho độ phi tuyến THz mạnh nhất trong graphene."

Giáo sư Tiến sĩ Michael Gensch từ Viện Quang học cho biết: “Với công trình này, chúng tôi đã đạt được một cột mốc quan trọng trên con đường hướng tới sử dụng graphene làm vật liệu lượng tử chức năng phi tuyến cực kỳ hiệu quả trong các thiết bị như bộ chuyển đổi tần số THz, bộ trộn và bộ điều biến”. Hệ thống cảm biến của Trung tâm Hàng không Vũ trụ Đức (DLR) và Đại học Kỹ thuật Berlin, người đứng đầu nghiên cứu này. "Điều này cực kỳ phù hợp vì graphene hoàn toàn tương thích với công nghệ bán dẫn điện tử tần số siêu cao hiện có như CMOS hoặc Bi-CMOS. Do đó, giờ đây có thể hình dung ra các thiết bị lai trong đó tín hiệu điện ban đầu được tạo ra ở tần số thấp hơn bằng cách sử dụng công nghệ bán dẫn hiện có." nhưng sau đó có thể được chuyển đổi lên tần số THz cao hơn nhiều một cách hiệu quả trong graphene, tất cả đều theo cách hoàn toàn có thể kiểm soát và dự đoán được.”

# # #

Các nhà nghiên cứu từ Đại học Bielefeld, Viện Hệ thống Cảm biến Quang học của DLR, Đại học Công nghệ Berlin, Trung tâm Helmholtz Dresden-Rossendorf, và Viện Nghiên cứu Polyme Max Planck ở Đức, cũng như Viện Khoa học Nano và Khoa học Nano Catalan. Công nghệ nano (ICN2) và Viện Khoa học Quang tử (ICFO) ở Tây Ban Nha đã tham gia vào nghiên cứu này.

####

Để biết thêm thông tin, xin vui lòng bấm vào tại đây

Liên hệ:
Giáo sư Tiến sĩ Dmitry Turchinovich, Đại học Bielefeld
49-521-106-5468

@uniaktuell

Nếu bạn có một bình luận, xin vui lòng Liên hệ chúng tôi.

Các tổ chức phát hành tin tức, không phải 7th Wave, Inc. hay Nanotech Now, chỉ chịu trách nhiệm về tính chính xác của nội dung.

Bookmark: