Polovodičová revoluce: blesky kontrolují ultrarychlé součástky!

Polovodičová revoluce: blesky kontrolují ultrarychlé součástky!

Mezinárodní výzkumný tým složený z fyziků z Bielefeldské univerzity a Leibniz Institute for Solid State and Materials Research Dresden (IFW Dresden) dosáhl významného pokroku v řízení atomově tenkých polovodičových technologií. Studie publikovaná v Nature Communications popisuje novou metodu manipulace s těmito materiály pomocí extrémně krátkých záblesků světla v terahertzovém rozsahu. Tato technika by mohla připravit cestu pro novou generaci optoelektronických zařízení řízených přímo světlem, což signalizuje revoluci v oblasti ultrarychlých zařízení.

Terahertzové světlo, které leží v elektromagnetickém spektru mezi infračerveným zářením a mikrovlnami, se pomocí speciálně vyvinutých nanoantén přeměňuje na vertikální elektrická pole. Tyto nanostruktury, které byly vyvinuty na IFW Dresden pod vedením Dr. Andy Thomase, produkovaly intenzitu elektrického pole několik megavoltů na centimetr. Podle Dr. Dmitrije Turchinoviče, vedoucího projektu, tradiční elektronická hradlová napětí nabízejí pomalé doby odezvy, zatímco nový přístup nabízí možnost generování silných řídicích signálů v polovodičovém materiálu, což umožňuje řízení elektronické struktury v reálném čase na sub-pikosekundových časových škálách.

Nové perspektivy pro polovodičové technologie

Tyto pokroky jsou zvláště důležité pro vývoj ultrarychlých signálních řídicích zařízení, elektronických spínačů a senzorů. Možné aplikace sahají od přenosu dat přes ultrarychlé kamery až po laserová zařízení. Výzkum by mohl ovlivnit nejen komunikační systémy a výpočetní techniku, ale také zobrazovací a kvantové technologie.

Další tým pod vedením TU Dresden navíc výrazně pokročil ve výzkumu ultratenkých materiálů. V experimentu v Helmholtzově centru Dresden-Rossendorf (HZDR) vědci prokázali rychlou interakci mezi elektricky neutrálními a nabitými, svítícími částicemi známými jako excitony. Ty lze přeměnit na triony, což otevírá nové možnosti pro elektronické a optické ovládání. Výsledky tohoto experimentu byly publikovány v Nature Photonics.

Rychlost přepínání v tomto novém procesu je téměř tisíckrát vyšší než u tradičních elektronických metod. Použitím laseru s volnými elektrony (FELBE) ke generování intenzivních terahertzových pulsů tým pod vedením prof. Alexey Chernikova a Dr. Stephana Winnerla výrazně urychluje proces přepínání.

Budoucí výhled a aplikace

Výsledky obou výzkumných přístupů poukazují na perspektivní technické aplikace v senzorové technice a optickém zpracování dat. Budoucí výzkum by se mohl zaměřit na složité elektronické stavy a platformy pro vývoj nových modulátorů a terahertzových kamer bohatých na pixely.

Kombinace obou přístupů ukazuje, jak se terahertzová technologie a inovativní výzkum polovodičů spojují, aby dosáhly významného pokroku ve vědě o materiálech. Tento vývoj by mohl nejen způsobit revoluci ve stávajících technologiích, ale také otevřít nové oblasti použití, a tak plně využít potenciál takových materiálů.