Halfgeleiderrevolutie: lichtflitsen regelen ultrasnelle componenten!

Halfgeleiderrevolutie: lichtflitsen regelen ultrasnelle componenten!

Een internationaal onderzoeksteam bestaande uit natuurkundigen van de Universiteit van Bielefeld en het Leibniz Instituut voor Solid State and Materials Research Dresden (IFW Dresden) heeft aanzienlijke vooruitgang geboekt bij de controle van atomair dunne halfgeleidertechnologieën. De studie, gepubliceerd in Nature Communications, beschrijft een nieuwe methode voor het manipuleren van deze materialen met behulp van extreem korte lichtflitsen in het terahertz-bereik. Deze techniek zou de weg kunnen vrijmaken voor een nieuwe generatie opto-elektronische apparaten die rechtstreeks door licht worden bestuurd, wat een revolutie zou betekenen op het gebied van ultrasnelle apparaten.

Terahertz-licht, dat zich in het elektromagnetische spectrum tussen infrarood en microgolven bevindt, wordt door speciaal ontwikkelde nanoantennes omgezet in verticale elektrische velden. Deze nanostructuren, ontwikkeld aan het IFW Dresden onder leiding van Dr. Andy Thomas, produceerden elektrische veldsterktes van enkele megavolts per centimeter. Volgens projectleider Dr. Dmitry Turchinovich bieden traditionele elektronische poortspanningen trage responstijden, terwijl de nieuwe aanpak de mogelijkheid biedt om sterke stuursignalen in het halfgeleidermateriaal te genereren, waardoor realtime controle van de elektronische structuur op tijdschalen van minder dan picoseconden mogelijk wordt.

Nieuwe perspectieven voor halfgeleidertechnologieën

Deze vooruitgang is met name relevant voor de ontwikkeling van ultrasnelle signaalcontroleapparaten, elektronische schakelaars en sensoren. Mogelijke toepassingen variëren van datatransmissie tot ultrasnelle camera's en laserapparaten. Het onderzoek zou niet alleen van invloed kunnen zijn op communicatiesystemen en computers, maar ook op beeldvorming en kwantumtechnologieën.

Bovendien heeft een ander team onder leiding van de TU Dresden aanzienlijke vooruitgang geboekt bij het onderzoek naar ultradunne materialen. In een experiment in het Helmholtz Center Dresden-Rossendorf (HZDR) hebben wetenschappers de snelle interactie aangetoond tussen elektrisch neutrale en geladen, lichtgevende deeltjes die bekend staan ​​als excitonen. Deze kunnen worden omgezet in trionen, wat nieuwe mogelijkheden opent voor elektronische en optische besturing. De resultaten van dit experiment zijn gepubliceerd in Nature Photonics.

De schakelsnelheid bij dit nieuwe proces is bijna duizend keer sneller dan bij traditionele elektronische methoden. Door een vrije elektronenlaser (FELBE) te gebruiken om intense terahertz-pulsen te genereren, versnelt het team onder leiding van prof. Alexey Chernikov en dr. Stephan Winnerl het schakelproces aanzienlijk.

Toekomstperspectieven en toepassingen

De resultaten van beide onderzoeksbenaderingen wijzen op veelbelovende technische toepassingen in sensortechnologie en optische dataverwerking. Toekomstig onderzoek zou zich kunnen concentreren op complexe elektronische toestanden en platforms om nieuwe modulatoren en pixelrijke terahertz-camera's te ontwikkelen.

De combinatie van beide benaderingen laat zien hoe terahertz-technologie en innovatief halfgeleideronderzoek samenkomen om aanzienlijke vooruitgang te boeken in de materiaalwetenschap. De ontwikkelingen kunnen niet alleen een revolutie teweegbrengen in bestaande technologieën, maar ook nieuwe toepassingsgebieden openen en zo het potentieel van dergelijke materialen volledig benutten.