Félvezető forradalom: a fényvillanások ultragyors alkatrészeket irányítanak!

Félvezető forradalom: a fényvillanások ultragyors alkatrészeket irányítanak!

A Bielefeld Egyetem fizikusaiból és a Leibniz Drezdai Szilárdtest- és Anyagkutató Intézet (IFW Dresden) fizikusaiból álló nemzetközi kutatócsoport jelentős előrelépést ért el az atomi vékony félvezető technológiák szabályozásában. A Nature Communications-ben megjelent tanulmány egy új módszert ír le ezen anyagok manipulálására, rendkívül rövid, terahertzes tartományú fénykitörésekkel. Ez a technika megnyithatja az utat a közvetlenül fénnyel vezérelt optoelektronikai eszközök új generációja előtt, ami forradalmat jelez az ultragyors eszközök területén.

A terahertzes fényt, amely az infravörös és a mikrohullámok közötti elektromágneses spektrumban található, speciálisan kifejlesztett nanoantennák függőleges elektromos mezőkké alakítják. Ezek a nanostruktúrák, amelyeket az IFW Dresdenben fejlesztettek ki Dr. Andy Thomas irányításával, centiméterenként több megavolt elektromos térerősséget produkáltak. Dr. Dmitrij Turcsinovics, a projekt vezetője szerint a hagyományos elektronikus kapufeszültségek lassú válaszidőket kínálnak, míg az új megközelítés lehetőséget kínál erős vezérlőjelek generálására a félvezető anyagban, így lehetővé válik az elektronika szerkezetének valós idejű vezérlése szubpikoszekundumos időskálán.

Új perspektívák a félvezető technológiák számára

Ezek az előrelépések különösen fontosak az ultragyors jelvezérlő eszközök, elektronikus kapcsolók és érzékelők fejlesztése szempontjából. A lehetséges alkalmazások az adatátviteltől az ultragyors kamerákon át a lézeres eszközökig terjednek. A kutatás nemcsak a kommunikációs rendszerekre és a számítástechnikára, hanem a képalkotási és kvantumtechnológiákra is hatással lehet.

Emellett a TU Dresden által vezetett másik csapat jelentős előrelépést tett az ultravékony anyagok kutatásában. A Dresden-Rossendorf Helmholtz Centerben (HZDR) végzett kísérletben a tudósok kimutatták az elektromosan semleges és töltött, világító részecskék, az excitonok közötti gyors kölcsönhatást. Ezek trionokká alakíthatók, ami új lehetőségeket nyit meg az elektronikus és optikai vezérlésben. Ennek a kísérletnek az eredményeit a Nature Photonics folyóiratban tették közzé.

A kapcsolási sebesség ebben az új folyamatban csaknem ezerszer gyorsabb, mint a hagyományos elektronikus módszereknél. A szabad elektronlézer (FELBE) segítségével intenzív terahertzes impulzusok generálására a Prof. Alexey Chernikov és Dr. Stephan Winnerl vezette csapat jelentősen felgyorsítja a kapcsolási folyamatot.

Jövőbeli kilátások és alkalmazások

Mindkét kutatási megközelítés eredményei ígéretes műszaki alkalmazásokra utalnak a szenzortechnológiában és az optikai adatfeldolgozásban. A jövőbeli kutatások összetett elektronikus állapotokra és platformokra összpontosíthatnak új modulátorok és pixelgazdag terahertz kamerák kifejlesztésére.

A két megközelítés kombinációja megmutatja, hogy a terahertz-technológia és az innovatív félvezető-kutatás hogyan jár együtt jelentős előrelépések eléréséhez az anyagtudományban. A fejlesztések nemcsak a meglévő technológiákat forradalmasíthatják, hanem új felhasználási területeket is nyithatnak, és így teljes mértékben kiaknázhatják az ilyen anyagokban rejlő lehetőségeket.