På vej til at bryde terahertz-barrieren for grafen nanoelektronik

Et team af forskere ved Max Planck Institute for Polymer Research (MPI-P) opdagede, at elektrisk ledning i grafen på picosekunds tidsskala - et picosekund er en tusindedel af en milliardtedel af et sekund - er styret af de samme grundlæggende love, som beskriver gassers termiske egenskaber. Denne meget enklere termodynamiske tilgang til den elektriske ledning i grafen vil give videnskabsmænd og ingeniører mulighed for ikke kun at forstå, men også at forbedre ydeevnen af ​​grafen-baserede nanoelektroniske enheder.

Forskerne fandt ud af, at energien fra ultrahurtige elektriske strømme, der passerer gennem grafen, meget effektivt omdannes til elektronvarme, få grafenelektroner til at opføre sig ligesom en varm gas. "Varmen fordeles jævnt over alle elektroner. Og stigningen i elektronisk temperatur, forårsaget af de passerende strømme, til gengæld har en stærk effekt på den elektriske ledning af grafen," forklarer professor Mischa Bonn, Direktør ved MPI-P. Studiet, med titlen "Termodynamisk billede af ultrahurtig ladningstransport i grafen", er for nylig blevet udgivet i Naturkommunikation .

Grafen - et enkelt ark af kulstofatomer - er kendt for at være en meget god elektrisk leder. Som resultat, grafen finder en lang række anvendelser i moderne nanoelektronik. De spænder fra højeffektive detektorer til optisk og trådløs kommunikation til transistorer, der arbejder ved meget høje hastigheder. En konstant stigende efterspørgsel efter telekommunikationsbåndbredde kræver en stadig hurtigere drift af elektroniske enheder, skubbe deres svartider til at være så korte som et picosekund. "Resultaterne af denne undersøgelse vil hjælpe med at forbedre ydeevnen af ​​grafen-baserede nanoelektroniske enheder såsom ultra-højhastighedstransistorer og fotodetektorer," siger professor Dmitry Turchinovich, der ledede forskningen på MPI-P. De viser især vejen til at bryde terahertz-drifthastighedsbarrieren - det vil sige tusind milliarder svingninger pr. sekund - for grafentransistorer.