Επανάσταση ημιαγωγών: φλας φωτός ελέγχουν εξαιρετικά γρήγορα εξαρτήματα!

Επανάσταση ημιαγωγών: φλας φωτός ελέγχουν εξαιρετικά γρήγορα εξαρτήματα!

Μια διεθνής ερευνητική ομάδα που αποτελείται από φυσικούς από το Πανεπιστήμιο του Bielefeld και το Ινστιτούτο Leibniz για Έρευνα Στερεάς Κατάστασης και Υλικών της Δρέσδης (IFW Dresden) έχει σημειώσει σημαντική πρόοδο στον έλεγχο των ατομικά λεπτών τεχνολογιών ημιαγωγών. Η μελέτη, που δημοσιεύτηκε στο Nature Communications, περιγράφει μια νέα μέθοδο για τον χειρισμό αυτών των υλικών χρησιμοποιώντας εξαιρετικά σύντομες εκρήξεις φωτός στην περιοχή terahertz. Αυτή η τεχνική θα μπορούσε να ανοίξει το δρόμο για μια νέα γενιά οπτοηλεκτρονικών συσκευών που ελέγχονται απευθείας από το φως, σηματοδοτώντας μια επανάσταση στον τομέα των υπερταχέων συσκευών.

Το φως Terahertz, το οποίο βρίσκεται στο ηλεκτρομαγνητικό φάσμα μεταξύ υπέρυθρων και μικροκυμάτων, μετατρέπεται σε κατακόρυφα ηλεκτρικά πεδία από ειδικά ανεπτυγμένες νανοκεραίες. Αυτές οι νανοδομές, οι οποίες αναπτύχθηκαν στο IFW Dresden υπό τη διεύθυνση του Δρ. Andy Thomas παρήγαγαν εντάσεις ηλεκτρικού πεδίου αρκετών μεγαβολτ ανά εκατοστό. Σύμφωνα με τον Dr. Dmitry Turchinovich, επικεφαλής του έργου, οι παραδοσιακές τάσεις ηλεκτρονικής πύλης προσφέρουν αργούς χρόνους απόκρισης, ενώ η νέα προσέγγιση προσφέρει τη δυνατότητα παραγωγής ισχυρών σημάτων ελέγχου στο υλικό ημιαγωγών, επιτρέποντας έτσι τον έλεγχο της ηλεκτρονικής δομής σε πραγματικό χρόνο σε κλίμακες χρόνου υποπικοδευτερολέπτου.

Νέες προοπτικές για τις τεχνολογίες ημιαγωγών

Αυτές οι εξελίξεις σχετίζονται ιδιαίτερα με την ανάπτυξη συσκευών ελέγχου εξαιρετικά γρήγορων σημάτων, ηλεκτρονικών διακοπτών και αισθητήρων. Οι πιθανές εφαρμογές κυμαίνονται από μετάδοση δεδομένων έως εξαιρετικά γρήγορες κάμερες έως συσκευές λέιζερ. Η έρευνα θα μπορούσε να επηρεάσει όχι μόνο τα συστήματα επικοινωνιών και τους υπολογιστές, αλλά και τις τεχνολογίες απεικόνισης και κβαντικών τεχνολογιών.

Επιπλέον, μια άλλη ομάδα με επικεφαλής την TU Dresden έχει σημειώσει σημαντική πρόοδο στην έρευνα εξαιρετικά λεπτών υλικών. Σε ένα πείραμα στο κέντρο Helmholtz Dresden-Rossendorf (HZDR), οι επιστήμονες απέδειξαν την ταχεία αλληλεπίδραση μεταξύ ηλεκτρικά ουδέτερων και φορτισμένων, φωτεινών σωματιδίων γνωστών ως εξιτόνια. Αυτά μπορούν να μετατραπούν σε trions, γεγονός που ανοίγει νέες δυνατότητες για ηλεκτρονικό και οπτικό έλεγχο. Τα αποτελέσματα αυτού του πειράματος δημοσιεύτηκαν στο Nature Photonics.

Η ταχύτητα μεταγωγής σε αυτή τη νέα διαδικασία είναι σχεδόν χίλιες φορές μεγαλύτερη από τις παραδοσιακές ηλεκτρονικές μεθόδους. Χρησιμοποιώντας ένα λέιζερ ελεύθερων ηλεκτρονίων (FELBE) για τη δημιουργία έντονων παλμών terahertz, η ομάδα με επικεφαλής τον καθηγητή Alexey Chernikov και τον Dr. Stephan Winnerl επιταχύνει σημαντικά τη διαδικασία μεταγωγής.

Μελλοντικές προοπτικές και εφαρμογές

Τα αποτελέσματα και των δύο ερευνητικών προσεγγίσεων δείχνουν πολλά υποσχόμενες τεχνικές εφαρμογές στην τεχνολογία αισθητήρων και στην οπτική επεξεργασία δεδομένων. Η μελλοντική έρευνα θα μπορούσε να επικεντρωθεί σε πολύπλοκες ηλεκτρονικές καταστάσεις και πλατφόρμες για την ανάπτυξη νέων διαμορφωτών και κάμερες terahertz πλούσιες σε pixel.

Ο συνδυασμός και των δύο προσεγγίσεων δείχνει πώς η τεχνολογία terahertz και η καινοτόμος έρευνα ημιαγωγών συνδυάζονται για να επιτύχουν σημαντικές προόδους στην επιστήμη των υλικών. Οι εξελίξεις θα μπορούσαν όχι μόνο να φέρουν επανάσταση στις υπάρχουσες τεχνολογίες, αλλά και να ανοίξουν νέα πεδία εφαρμογής και έτσι να αξιοποιήσουν πλήρως τις δυνατότητες τέτοιων υλικών.