Puolijohteiden vallankumous: valon välähdykset ohjaavat erittäin nopeita komponentteja!

Puolijohteiden vallankumous: valon välähdykset ohjaavat erittäin nopeita komponentteja!

Bielefeldin yliopiston ja Dresdenin Leibniz Institute for Solid State and Materials Researchin (IFW Dresden) fyysikoista koostuva kansainvälinen tutkimusryhmä on edistynyt merkittävästi atomiohuiden puolijohdeteknologioiden hallinnassa. Nature Communications -lehdessä julkaistussa tutkimuksessa kuvataan uusi menetelmä näiden materiaalien käsittelemiseksi käyttämällä erittäin lyhyitä terahertsien valopurskeita. Tämä tekniikka voisi tasoittaa tietä uuden sukupolven optoelektronisille laitteille, joita ohjataan suoraan valolla, mikä merkitsee vallankumousta ultranopeiden laitteiden alalla.

Terahertsivalo, joka sijaitsee infrapuna- ja mikroaaltojen välisessä sähkömagneettisessa spektrissä, muunnetaan pystysuuntaisiksi sähkökentiksi erityisesti kehitetyillä nanoantenneilla. Nämä nanorakenteet, jotka kehitettiin Dresdenin IFW:ssä tohtori Andy Thomasin johdolla, tuottivat useiden megavolttien sähkökentän voimakkuuksia senttimetriä kohti. Projektin johtajan Dr. Dmitry Turchinovichin mukaan perinteiset elektroniset hilajännitteet tarjoavat hitaita vasteaikoja, kun taas uusi lähestymistapa tarjoaa mahdollisuuden tuottaa vahvoja ohjaussignaaleja puolijohdemateriaaliin, mikä mahdollistaa elektronisen rakenteen reaaliaikaisen ohjauksen alipikosekunnin aika-asteikoilla.

Uusia näkökulmia puolijohdeteknologioihin

Nämä edistysaskeleet ovat erityisen tärkeitä ultranopeiden signaalinohjauslaitteiden, elektronisten kytkimien ja antureiden kehittämisessä. Mahdolliset sovellukset vaihtelevat tiedonsiirrosta ultranopeisiin kameroihin laserlaitteisiin. Tutkimus voi vaikuttaa tietoliikennejärjestelmien ja laskennan lisäksi myös kuvantamis- ja kvanttiteknologioihin.

Lisäksi toinen Dresdenin yliopiston johtama tiimi on edistynyt merkittävästi ultraohuiden materiaalien tutkimuksessa. Helmholtz Center Dresden-Rossendorfissa (HZDR) tehdyssä kokeessa tutkijat osoittivat sähköisesti neutraalien ja varautuneiden, eksitoneina tunnettujen valohiukkasten välisen nopean vuorovaikutuksen. Nämä voidaan muuntaa trioneiksi, mikä avaa uusia mahdollisuuksia elektroniseen ja optiseen ohjaukseen. Tämän kokeen tulokset julkaistiin Nature Photonicsissa.

Kytkentänopeus tässä uudessa prosessissa on lähes tuhat kertaa nopeampi kuin perinteiset elektroniset menetelmät. Professori Alexey Chernikovin ja tohtori Stephan Winnerlin johtama tiimi nopeuttaa vaihtoprosessia merkittävästi käyttämällä vapaaelektronilaseria (FELBE) voimakkaiden terahertsipulssien tuottamiseen.

Tulevaisuuden näkymät ja sovellukset

Molempien tutkimustapojen tulokset viittaavat lupaaviin teknisiin sovelluksiin anturiteknologiassa ja optisessa tiedonkäsittelyssä. Tulevaisuuden tutkimus voisi keskittyä monimutkaisiin elektronisiin tiloihin ja alustoihin kehittääkseen uusia modulaattoreita ja pikseliä sisältäviä terahertsikameroita.

Molempien lähestymistapojen yhdistelmä osoittaa, kuinka terahertsiteknologia ja innovatiivinen puolijohdetutkimus yhdistyvät saavuttaakseen merkittäviä edistysaskeleita materiaalitieteessä. Kehitys ei voisi vain mullistaa olemassa olevia teknologioita, vaan myös avata uusia sovellusalueita ja siten hyödyntää täysimääräisesti tällaisten materiaalien potentiaalia.