Nyt materiale lover hurtigere elektronik

Det nye materiale grafen gør hurtigere elektronik mulig. Forskere ved fakultetet for elektroteknik og informationsteknologi ved Wiens teknologiske universitet (TU Wien) udviklede lysdetektorer lavet af grafen og analyserede deres forbløffende egenskaber.

Der er knyttet store forhåbninger til dette nye materiale:Graphene, en honeycomb-lignende kulstofstruktur, lavet af kun et lag atomer, udviser bemærkelsesværdige egenskaber. I 2010 Nobelprisen blev tildelt for opdagelsen af ​​grafen og dets adfærd. På Photonics Institute ved TU Wien, de elektroniske og optiske egenskaber af grafen er i fokus. Wienske videnskabsmænd kunne nu demonstrere, hvor bemærkelsesværdigt hurtigt grafen omdanner lysimpulser til elektriske signaler. Dette kan forbedre datoudvekslingen mellem computere betydeligt.

Konvertering af lys til elektriske signaler

Når data transmitteres af lysimpulser (f.eks. i fiberoptiske kabler) skal impulserne konverteres tilbage til elektriske signaler, som kan behandles af en computer. Denne omdannelse af lys til elektrisk strøm er mulig på grund af den fotoelektriske effekt, som oprindeligt blev forklaret af Albert Einstein. I visse materialer, lys kan få elektroner til at forlade deres positioner og bevæge sig frit gennem materialet, hvorved elektrisk strøm opstår. ”Lysdetektorer, der omdanner lys til elektroniske signaler, har eksisteret i lang tid. Men når de er lavet af grafen, de reagerer hurtigere end de fleste andre materialer kunne", Alexander Urich forklarer. Han undersøgte grafens optiske og elektroniske egenskaber sammen med Thomas Müller og professor Karl Unterrainer ved TU Wien.

Analyse ved hjælp af ultrakorte laserimpulser

Forskerne havde allerede sidste år vist, at grafen kan omdanne lys til elektroniske signaler med bemærkelsesværdig hastighed. Imidlertid, materialets reaktionstid kunne ikke bestemmes – den fotoelektriske effekt i grafen er så hurtig, at den bare ikke kan måles med de sædvanlige målemetoder. Men nu, sofistikerede teknologiske tricks kunne kaste lys over grafens egenskaber. På TU Wien, laserimpulser blev affyret mod grafen fotodetektoren i hurtig rækkefølge, og den resulterende fotostrøm blev målt. Hvis tidsforsinkelsen mellem laserimpulserne ændres, detektorens maksimale frekvens kan bestemmes. "Ved brug af denne metode kunne vi vise, at vores detektorer kan bruges op til en frekvens på 262 GHz", Thomas Müller (TU Wien) siger. Dette svarer til en teoretisk øvre grænse for dataoverførsel ved hjælp af grafenfotodetektorer på mere end 30 gigabyte pr. sekund. Det er endnu ikke fastlagt, i hvilket omfang dette er teknisk muligt, men dette resultat viser tydeligt grafens bemærkelsesværdige evne og dets potentiale for optoelektroniske applikationer.

Hurtige signaler til hurtig elektronik

Hovedårsagen til, at grafen-fotodetektorer kan fungere ved så høje frekvenser, er den korte levetid for ladningsbærerne i grafen. De elektroner, som fjernes fra deres faste position og bidrager til den elektriske strøm, sætter sig i en anden fast position efter et par picosekunder (milliontedele af en milliardtedel af et sekund, 10 ^-12 sekunder). Så snart dette sker, grafenfotodetektoren er klar til endnu et lyssignal, der frigør nye elektroner, skabe det næste elektriske signal.

Den hurtige reaktionstid af grafen er endnu et punkt på listen over bemærkelsesværdige egenskaber ved dette materiale. I grafen, ladningsselskaber kan rejse ekstremt langt uden at blive forstyrret. Det kan absorbere lys i et stort spektralområde, fra infrarødt til synligt lys – i modsætning til standardhalvledere, som kun kan absorbere en lille del af spektret. Ud over dette, grafen kan lede varme ekstremt godt og har en usædvanlig høj brudstyrke.