Rivoluzione dei semiconduttori: lampi di luce controllano componenti ultraveloci!

Rivoluzione dei semiconduttori: lampi di luce controllano componenti ultraveloci!

An international research team consisting of physicists from Bielefeld University and the Leibniz Institute for Solid State and Materials Research Dresden (IFW Dresden) has made significant progress in the control of atomically thin semiconductor technologies. Lo studio, pubblicato su Nature Communications, descrive un nuovo metodo per manipolare questi materiali utilizzando lampi di luce estremamente brevi nella gamma dei terahertz. Questa tecnica potrebbe aprire la strada a una nuova generazione di dispositivi optoelettronici controllati direttamente dalla luce, segnando una rivoluzione nel campo dei dispositivi ultraveloci.

La luce Terahertz, che si trova nello spettro elettromagnetico tra gli infrarossi e le microonde, viene trasformata in campi elettrici verticali da nanoantenne appositamente sviluppate. Queste nanostrutture, sviluppate presso l'IFW di Dresda sotto la direzione del Dr. Andy Thomas, producono intensità di campo elettrico di diversi megavolt per centimetro. Secondo il dottor Dmitry Turchinovich, responsabile del progetto, le tradizionali tensioni di gate elettroniche offrono tempi di risposta lenti, mentre il nuovo approccio offre la possibilità di generare forti segnali di controllo nel materiale semiconduttore, consentendo così il controllo in tempo reale della struttura elettronica su scale temporali inferiori al picosecondo.

Nuove prospettive per le tecnologie dei semiconduttori

Questi progressi sono particolarmente rilevanti per lo sviluppo di dispositivi di controllo del segnale ultraveloci, interruttori elettronici e sensori. Le possibili applicazioni spaziano dalla trasmissione dati alle fotocamere ultraveloci fino ai dispositivi laser. La ricerca potrebbe avere un impatto non solo sui sistemi di comunicazione e sull’informatica, ma anche sulle tecnologie di imaging e quantistiche.

Inoltre, un altro team guidato dalla TU Dresden ha compiuto progressi significativi nella ricerca sui materiali ultrasottili. In un esperimento presso il Centro Helmholtz Dresden-Rossendorf (HZDR), gli scienziati hanno dimostrato la rapida interazione tra particelle luminose elettricamente neutre e cariche, note come eccitoni. Questi possono essere convertiti in trioni, il che apre nuove possibilità per il controllo elettronico e ottico. I risultati di questo esperimento sono stati pubblicati su Nature Photonics.

La velocità di commutazione in questo nuovo processo è quasi mille volte più veloce rispetto ai metodi elettronici tradizionali. Utilizzando un laser a elettroni liberi (FELBE) per generare intensi impulsi terahertz, il team guidato dal Prof. Alexey Chernikov e dal Dr. Stephan Winnerl accelera significativamente il processo di commutazione.

Prospettive future e applicazioni

I risultati di entrambi gli approcci di ricerca indicano promettenti applicazioni tecniche nella tecnologia dei sensori e nell'elaborazione ottica dei dati. La ricerca futura potrebbe concentrarsi su stati elettronici complessi e piattaforme per sviluppare nuovi modulatori e telecamere terahertz ricche di pixel.

La combinazione di entrambi gli approcci mostra come la tecnologia terahertz e la ricerca innovativa sui semiconduttori si uniscono per ottenere progressi significativi nella scienza dei materiali. Gli sviluppi potrebbero non solo rivoluzionare le tecnologie esistenti, ma anche aprire nuovi campi di applicazione e sfruttare così appieno il potenziale di tali materiali.