Løsning af næsten århundrede gammelt problem:Brug af grafen, professor finder ud af, hvad der forårsager lavfrekvent elektronisk 1/f-støj

(Phys.org) - Et universitet i Californien, Riverside Bourns College of Engineering professor og et team af forskere offentliggjorde i dag et papir, der viser, hvordan de løste et næsten århundrede gammelt problem, der yderligere kunne hjælpe med at nedskalerere størrelsen på elektroniske enheder.

Arbejdet, ledet af Alexander A. Balandin, professor i elektroteknik ved UC Riverside, fokuseret på den lavfrekvente elektroniske 1/f-støj, også kendt som lyserød støj og flimmerstøj. Det er et signal eller en proces med en effektspektral densitet, der er omvendt proportional med frekvensen. Det blev først opdaget i vakuumrør i 1925, og siden da er det blevet fundet overalt fra udsving i intensiteten i musikoptagelser til menneskelige puls og elektriske strømme i materialer og apparater.

Betydningen af ​​denne støj for elektronik motiverede adskillige undersøgelser af dens fysiske oprindelse og metoder til dens kontrol. For eksempel, signalets fasestøj i en radar eller kommunikationsgadget, f.eks. smarttelefon, bestemmes, i høj grad, ved 1/f -støjniveauet i de transistorer, der bruges inde i radaren eller smarttelefonen.

Imidlertid, efter næsten et århundredes undersøgelser, oprindelsen af ​​1/f -støj i de fleste materialesystemer forblev et mysterium. Et spørgsmål af særlig betydning for elektronik var, om der blev genereret 1/f -støj på overfladen af ​​elektriske ledere eller inde i deres volumener.

Et team af forskere fra UC Riverside, Rensselaer Polytechnic Institute (RPI) og Ioffe Physical-Technical Institute of The Russian Academy of Sciences var i stand til at belyse 1/f-støjoprindelse ved hjælp af et sæt flerlagede grafenprøver med tykkelsen, der kontinuerligt varierede fra omkring 15 atomplaner til en et enkelt lag grafen. Grafen er en enkeltatom tyk kulkrystal med unikke egenskaber, herunder overlegen elektrisk og varmeledningsevne, mekanisk styrke og unik optisk absorption.

Ud over Balandin, som også er grundlægger for materialevidenskabelige og ingeniørprogrammet ved UC Riverside, forskerteamet omfattede:Holdet omfattede:Guanxiong Liu, en forskningsassistent i Balandins Nano-Device Laboratory (NDL); Michael S. Shur, Patricia W. og C. Sheldon Roberts Professor i Solid State Electronics ved RPI; og Sergey Rumyantsev, forskningsprofessor ved RPI og Ioffe Institute.

"Nøglen til dette interessante resultat var, at i modsætning til i metal- eller halvlederfilm, tykkelsen af ​​grafen -flerlag kan kontinuerligt og ensartet varieres helt ned til et enkelt atomlag af grafen - filmens ultimative "overflade", "Sagde Balandin." Således vi var i stand til at udføre med flerlags grafenfilm noget, som forskere ikke kunne gøre med metalfilm i det sidste århundrede. Vi undersøgte oprindelsen af ​​1/f støj direkte. "

Han tilføjede, at tidligere undersøgelser ikke kunne teste metalfilm til tykkelserne under cirka otte nanometer. Tykkelsen af ​​grafen er 0,35 nanometer og kan øges gradvist, et atomplan ad gangen.

"Bortset fra den grundlæggende videnskab, de rapporterede resultater er vigtige for at fortsætte nedskaleringen af ​​konventionelle elektroniske enheder, "Sagde Balandin." Nuværende teknologi er allerede på det niveau, hvor mange enheder i det væsentlige bliver overfladerne. I denne forstand, fundet går ud over grafenfeltet. "

Han bemærkede også, at undersøgelsen var afgørende for de foreslåede anvendelser af grafen i analoge kredsløb, kommunikation og sensorer. Dette skyldes, at alle disse applikationer kræver acceptabelt lave niveauer af 1/f støj, hvilket bidrager til fasestøj fra kommunikationssystemer og begrænser sensorsensitivitet og selektivitet.

Resultaterne af forskningen er blevet offentliggjort i tidsskriftet Anvendt fysik bogstaver .