A grafén elérhetővé teheti a terahertzes órajelet

A grafén – egy mindössze egy szén atomnyi vékonyságú anyag – biztató jelölt lehet a nanoelektronika forradalmához. Az elméletek szerint a jelenlegi szilícium alapú elektronikával szemben ez a technológia akár több ezerszer gyorsabb lehet. Most a Helmholtz Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), a Duisburg-Essen Egyetem és a Polimer Kutatási Max Planck Intézet közös kutatása megmutatta, hogy a grafén képes a gigahertz frekvenciájú elektromos jeleket nagy hatásfokkal sokkal nagyobb frekvenciákra alakítani.

A mai szilícium alapú elektromos alkatrészek a több száz gigahertzes órajelű tartományban dolgoznak, ami másodpercenként több milliárd kapcsolást jelent. Az elektronikai ipar már jó ideje dolgozik azon, hogy hozzáférjen a terahertz tartományhoz is, ezzel akár több ezerszeresére emelve az órajeleket. Egyre több kutatás támogatja azt az elképzelést, hogy a szilícium utódja a grafén, ami nagyon jó vezető képességekkel rendelkezik és kompatibilis a ma használt technológiákkal.

Az elméletek szerint a grafén többek között tökéletes lehet arra, hogy egy váltakozó mágneses teret magasabb frekvenciájú térré alakítson. Azonban az elmúlt tíz évben ezt az elméletet nem sikerült igazolni, egészen mostanáig.

“Most már rendelkezünk az egy rétegű grafénen végrehajtott frekvencia gigahertzről terahertzre történő felnagyításának és terahertzes elektronikus jelek lenyűgöző hatásfokkal történő létrehozásának első közvetlen bizonyítékával,” mondta Michael Gensch, akinek kutatócsapat a HZDR-nél már jó ideje az ultragyors fizika és a terahertzes technológiák kutatásával foglalkozik.

A kísérleti eredményeket ezután a Duisburg-Essen Egyetem fizikusai is megvizsgálták, akik további mérésekkel megalkottak egy a termodinamika alaptörvényein alapuló fizikai modellt, amivel számszerűsíteni tudták az eredményeket.

Ezekkel az áttörésekkel egyre közelebb jutunk a következő kor elektronikájához; az ultragyors grafén alapú nanoelektronikához.

“Nemcsak arra voltunk képesek, hogy kísérletileg igazoljunk egy már hosszú ideje sejtett hatást a grafénen, hanem ezzel egy időben az eredményeket számszerűen is tudtuk értelmezni,” mondta Dmitry Turchinovich, a Duisburg-Essen Egyetem kísérleti fizikusa.

A kutatók már több éve foglalkoznak a grafén tulajdonságainak vizsgálatával, azonban az áttöréshez a HZDR TELBE terahertzes sugárforrására volt szükség. A kísérleti eredményeket ezen felül egy trükk is segítette. A kutatók olyan grafént használtak amiben sok a szabad elektron, ami a grafén, a tartó felület anyaga és a levegő interakciójából keletkezik. Amikor ezeket a szabad elektronokat egy elektromágneses mezővel izgatják, az energiájuk gyorsan eloszlik a többi elektron között – hasonlóan egy felmelegített folyadék viselkedéséhez. A grafénban így egy elektronikai “folyadékból” elektronikai “pára” képződik, ehhez a fázis átmenethez pedig mindössze a másodperc billiomod részére van szükség. Ez a jelenség rendkívül gyors és erőteljes változást okoz a grafén vezető képességében, aminek kulcsfontosságú szerepe van az elérhető frekvenciatartomány hatékony felnagyításában.

A kutatók a TELBE berendezéseinek felhasználásával 300 és 680 gigahertzes frekvenciájú elektromágneses impulzusokat hoztak létre, amiket azután grafénbe vezetve a három, öt és hétszeresére nagyítottak. Az eredmények szerint az átalakítás mértékét tekintve a grafén az eddigi legjobb vizsgált anyag. A fizikai modellek segítségével a fizikusok azt is meghatározták, hogy a jövő grafénból készült nanoelektronikai berendezései milyen jellemzőkkel rendelkezhetnek majd.

Forrás: nature.com

Szerkesztő: arsratio

Oszd meg

1 Hozzászólás

  1. Mintha keveredne a frekvencia sokszorozás és a nagyfrekvenciák előállítása fogalma. Számomra nem derült ki, hogy melyikről van szó

    válasz küldése

Hozzászólás küldése

Az email címet nem tesszük közzé. A kötelező mezőket * karakterrel jelöljük.