Ferroelektrisk-grafenbaseret system kan føre til forbedret informationsbehandling

Forskere ved MIT har foreslået et nyt system, der kombinerer ferroelektriske materialer - den slags, der ofte bruges til datalagring - med grafen, en todimensionel form for kulstof kendt for sine usædvanlige elektroniske og mekaniske egenskaber. Den resulterende hybridteknologi kan i sidste ende føre til computer- og datalagringschips, der pakker flere komponenter i et givet område og er hurtigere og mindre strømhungrende.

Det nye system fungerer ved at kontrollere bølger kaldet overfladeplasmoner. Disse bølger er svingninger af elektroner, der er begrænset til grænseflader mellem materialer; i det nye system fungerer bølgerne ved terahertz -frekvenser. Sådanne frekvenser ligger mellem frekvenserne for fjern-infrarødt lys og mikrobølge radiotransmissioner, og betragtes som ideelle til næste generations computerenheder.

Resultaterne blev rapporteret i et papir i Anvendt fysik bogstaver af lektor i maskinteknik Nicholas Fang, postdoc Dafei Jin og tre andre.

Systemet ville give en ny måde at konstruere sammenkoblede enheder, der bruger lysbølger, såsom fiberoptiske kabler og fotoniske chips, med elektroniske ledninger og enheder. I øjeblikket, sådanne sammenkoblingspunkter danner ofte en flaskehals, der bremser dataoverførslen og øger antallet af nødvendige komponenter.

Teamets nye system gør det muligt at koncentrere bølger på meget mindre længdeskalaer, hvilket kan føre til en tidobling i tætheden af ​​komponenter, der kan placeres i et givet område af en chip, Siger Fang.

Teamets første proof-of-concept-enhed bruger et lille stykke grafen, der er klemt mellem to lag af det ferroelektriske materiale for at gøre det enkelt, omskiftelige plasmoniske bølgeledere. Dette arbejde brugte lithiumniobat, men mange andre sådanne materialer kunne bruges, siger forskerne.

Lys kan begrænses i disse bølgeledere ned til en del i et par hundrede af frirumsbølgelængden, Jin siger, som repræsenterer en forbedring af størrelsesordenen i forhold til ethvert sammenligneligt bølgeledersystem. "Dette åbner spændende områder for transmission og behandling af optiske signaler, " han siger.

I øvrigt, arbejdet kan give en ny måde at læse og skrive elektroniske data i ferroelektriske hukommelsesenheder ved meget høj hastighed, siger MIT -forskerne.

Dimitri Basov, en professor i fysik ved University of California i San Diego, som ikke var forbundet med denne forskning, siger, at MIT -teamet "foreslog en meget interessant plasmonisk struktur, egnet til drift i det teknologisk betydelige [terahertz] område. ... Jeg er overbevist om, at mange forskningsgrupper vil forsøge at implementere disse enheder. "

Basov advarer, imidlertid, "Det centrale spørgsmål, som i al plasmonik, er tab. Tab skal undersøges og forstås grundigt. "

Ud over Fang og Jin, forskningen blev udført af kandidatstuderende Anshuman Kumar, tidligere postdoc Kin Hung Fung (nu ved Hong Kong Polytechnic University), og forsker Jun Xu. Det blev støttet af National Science Foundation og Air Force Office of Scientific Research.