Rewolucja półprzewodnikowa: błyski ultraszybkich komponentów kontrolujących światło!

Rewolucja półprzewodnikowa: błyski ultraszybkich komponentów kontrolujących światło!

Międzynarodowy zespół badawczy składający się z fizyków z Uniwersytetu w Bielefeld i Instytutu Badań Ciała Stałego i Materiałów Leibniza w Dreźnie (IFW Dresden) poczynił znaczne postępy w kontrolowaniu technologii atomowo cienkich półprzewodników. Badanie opublikowane w Nature Communications opisuje nowatorską metodę manipulowania tymi materiałami przy użyciu niezwykle krótkich błysków światła w zakresie terahercowym. Technika ta może utorować drogę nowej generacji urządzeń optoelektronicznych sterowanych bezpośrednio światłem, sygnalizując rewolucję w dziedzinie ultraszybkich urządzeń.

Światło terahercowe, które leży w widmie elektromagnetycznym pomiędzy podczerwonością a mikrofalami, jest przekształcane w pionowe pola elektryczne za pomocą specjalnie opracowanych nanoanten. Te nanostruktury, które opracowano w IFW Dresden pod kierunkiem dr Andy'ego Thomasa, wytwarzały pole elektryczne o natężeniu kilku megawoltów na centymetr. Według dr Dmitrija Turchinovicha, lidera projektu, tradycyjne napięcia bramek elektronicznych oferują długi czas reakcji, podczas gdy nowe podejście oferuje możliwość generowania silnych sygnałów sterujących w materiale półprzewodnikowym, umożliwiając w ten sposób kontrolę struktury elektronicznej w czasie rzeczywistym w subpikosekundowych skalach czasu.

Nowe perspektywy technologii półprzewodnikowych

Postępy te mają szczególne znaczenie dla rozwoju ultraszybkich urządzeń sterujących sygnałami, przełączników elektronicznych i czujników. Możliwe zastosowania obejmują transmisję danych, ultraszybkie kamery i urządzenia laserowe. Badania mogą mieć wpływ nie tylko na systemy komunikacyjne i informatykę, ale także na technologie obrazowania i kwantowe.

Ponadto inny zespół kierowany przez TU Dresden poczynił znaczne postępy w badaniach nad ultracienkimi materiałami. W eksperymencie przeprowadzonym w Centrum Helmholtza w Dreźnie-Rossendorfie (HZDR) naukowcy zademonstrowali szybką interakcję pomiędzy elektrycznie obojętnymi i naładowanymi, świecącymi cząstkami, zwanymi ekscytonami. Można je przekształcić w triony, co otwiera nowe możliwości sterowania elektronicznego i optycznego. Wyniki tego eksperymentu opublikowano w czasopiśmie Nature Photonics.

Szybkość przełączania w tym nowym procesie jest prawie tysiąc razy większa niż w przypadku tradycyjnych metod elektronicznych. Wykorzystując laser na swobodnych elektronach (FELBE) do generowania intensywnych impulsów terahercowych, zespół kierowany przez prof. Aleksieja Czernikowa i dr Stephana Winnerla znacznie przyspiesza proces przełączania.

Perspektywy na przyszłość i zastosowania

Wyniki obu podejść badawczych wskazują na obiecujące zastosowania techniczne w technologii czujników i optycznym przetwarzaniu danych. Przyszłe badania mogłyby skoncentrować się na złożonych stanach i platformach elektronicznych w celu opracowania nowatorskich modulatorów i kamer terahercowych bogatych w piksele.

Połączenie obu podejść pokazuje, jak technologia terahercowa i innowacyjne badania nad półprzewodnikami łączą się, aby osiągnąć znaczący postęp w materiałoznawstwie. Osiągnięcia te mogą nie tylko zrewolucjonizować istniejące technologie, ale także otworzyć nowe obszary zastosowań i tym samym w pełni wykorzystać potencjał takich materiałów.