Pooljuhtide revolutsioon: valgussähvatused juhivad ülikiireid komponente!

Pooljuhtide revolutsioon: valgussähvatused juhivad ülikiireid komponente!

Bielefeldi ülikooli ja Dresdeni Leibnizi tahkis- ja materjaliuuringute instituudi (IFW Dresden) füüsikutest koosnev rahvusvaheline uurimisrühm on teinud märkimisväärseid edusamme aatomiõhukeste pooljuhttehnoloogiate kontrollimisel. Ajakirjas Nature Communications avaldatud uuring kirjeldab uudset meetodit nende materjalidega manipuleerimiseks, kasutades ülilühikesi valguspurskeid terahertsi vahemikus. See tehnika võib sillutada teed uue põlvkonna optoelektroonilistele seadmetele, mida juhitakse otse valgusega, andes märku revolutsioonist ülikiirete seadmete valdkonnas.

Terahertsi valgus, mis asub elektromagnetilises spektris infrapuna ja mikrolainete vahel, muudetakse spetsiaalselt välja töötatud nanoantennide abil vertikaalseteks elektriväljadeks. Need nanostruktuurid, mis töötati välja Dresdeni IFW Dr. Andy Thomase juhtimisel, tekitasid elektrivälja tugevusi mitu megavolti sentimeetri kohta. Projekti juhi dr Dmitri Turchinovitši sõnul pakuvad traditsioonilised elektroonilised paisupinged aeglast reageerimisaega, samas kui uus lähenemine pakub võimalust genereerida pooljuhtmaterjalis tugevaid juhtsignaale, võimaldades seeläbi elektroonikastruktuuri reaalajas juhtida alampikosekundilistel ajaskaaladel.

Pooljuhttehnoloogiate uued perspektiivid

Need edusammud on eriti olulised ülikiirete signaalijuhtimisseadmete, elektrooniliste lülitite ja andurite arendamisel. Võimalikud rakendused ulatuvad andmeedastusest ülikiirete kaamerate ja laserseadmeteni. Teadusuuringud võivad mõjutada mitte ainult sidesüsteeme ja andmetöötlust, vaid ka pildi- ja kvanttehnoloogiaid.

Lisaks on veel üks Dresdeni TLÜ juhitud meeskond teinud märkimisväärseid edusamme üliõhukeste materjalide uurimisel. Dresden-Rossendorfi Helmholtzi keskuses (HZDR) tehtud katses demonstreerisid teadlased elektriliselt neutraalsete ja laetud helendavate osakeste, mida nimetatakse eksitoniteks, vahelist kiiret vastasmõju. Neid saab muuta trioonideks, mis avab uued võimalused elektrooniliseks ja optiliseks juhtimiseks. Selle katse tulemused avaldati ajakirjas Nature Photonics.

Selle uue protsessi lülituskiirus on peaaegu tuhat korda kiirem kui traditsioonilised elektroonilised meetodid. Kasutades vaba elektronlaserit (FELBE) intensiivsete terahertsiimpulsside genereerimiseks, kiirendab prof Aleksei Tšernikovi ja dr Stephan Winnerli juhitud meeskond lülitusprotsessi oluliselt.

Tuleviku väljavaated ja rakendused

Mõlema uurimismeetodi tulemused viitavad paljutõotavatele tehnilistele rakendustele andurite tehnoloogias ja optilises andmetöötluses. Tulevased uuringud võiksid keskenduda keerukatele elektroonilistele olekutele ja platvormidele, et arendada uudseid modulaatoreid ja pikslirikkaid terahertskaameraid.

Mõlema lähenemisviisi kombinatsioon näitab, kuidas terahertstehnoloogia ja uuenduslikud pooljuhtide uuringud ühinevad, et saavutada olulisi edusamme materjaliteaduses. Arengud ei saa mitte ainult revolutsiooniliselt muuta olemasolevaid tehnoloogiaid, vaid avada ka uusi rakendusvaldkondi ja seeläbi täielikult ära kasutada selliste materjalide potentsiaali.