Polovodičová revolúcia: ultrarýchle súčiastky ovládajú blesky svetla!

Polovodičová revolúcia: ultrarýchle súčiastky ovládajú blesky svetla!

Medzinárodný výskumný tím pozostávajúci z fyzikov z Bielefeldskej univerzity a Leibnizovho inštitútu pre výskum pevných látok a materiálov Dresden (IFW Dresden) výrazne pokročil v riadení atómovo tenkých polovodičových technológií. Štúdia publikovaná v Nature Communications opisuje novú metódu manipulácie s týmito materiálmi pomocou extrémne krátkych zábleskov svetla v rozsahu terahertzov. Táto technika by mohla pripraviť cestu pre novú generáciu optoelektronických zariadení riadených priamo svetlom, čo signalizuje revolúciu v oblasti ultrarýchlych zariadení.

Terahertzové svetlo, ktoré leží v elektromagnetickom spektre medzi infračerveným a mikrovlnami, sa pomocou špeciálne vyvinutých nanoantén premieňa na vertikálne elektrické polia. Tieto nanoštruktúry, ktoré boli vyvinuté na IFW Dresden pod vedením Dr. Andyho Thomasa, produkovali intenzitu elektrického poľa niekoľko megavoltov na centimeter. Podľa Dr. Dmitrija Turchinovicha, vedúceho projektu, tradičné elektronické hradlové napätia ponúkajú pomalé časy odozvy, zatiaľ čo nový prístup ponúka možnosť generovania silných riadiacich signálov v polovodičovom materiáli, čím umožňuje riadenie elektronickej štruktúry v reálnom čase na sub-pikosekundových časových mierkach.

Nové perspektívy pre polovodičové technológie

Tieto pokroky sú obzvlášť dôležité pre vývoj ultrarýchlych zariadení na ovládanie signálu, elektronických spínačov a senzorov. Možné aplikácie siahajú od prenosu dát cez ultrarýchle kamery až po laserové zariadenia. Výskum by mohol ovplyvniť nielen komunikačné systémy a výpočtovú techniku, ale aj zobrazovacie a kvantové technológie.

Ďalší tím pod vedením TU Dresden navyše výrazne pokročil vo výskume ultratenkých materiálov. V experimente v Helmholtzovom centre Dresden-Rossendorf (HZDR) vedci preukázali rýchlu interakciu medzi elektricky neutrálnymi a nabitými, svietiacimi časticami známymi ako excitóny. Tie je možné premeniť na trióny, čo otvára nové možnosti pre elektronické a optické ovládanie. Výsledky tohto experimentu boli publikované v Nature Photonics.

Rýchlosť prepínania v tomto novom procese je takmer tisíckrát rýchlejšia ako tradičné elektronické metódy. Použitím lasera s voľnými elektrónmi (FELBE) na generovanie intenzívnych terahertzových impulzov tím pod vedením Prof. Alexey Chernikov a Dr. Stephana Winnerla výrazne urýchľuje proces prepínania.

Výhľad do budúcnosti a aplikácie

Výsledky oboch výskumných prístupov poukazujú na perspektívne technické aplikácie v senzorovej technike a optickom spracovaní dát. Budúci výskum by sa mohol zamerať na komplexné elektronické stavy a platformy na vývoj nových modulátorov a terahertzových kamier bohatých na pixely.

Kombinácia oboch prístupov ukazuje, ako sa terahertzová technológia a inovatívny výskum polovodičov spájajú s cieľom dosiahnuť významný pokrok v materiálovej vede. Vývoj by mohol nielen spôsobiť revolúciu v existujúcich technológiách, ale aj otvoriť nové oblasti použitia, a tak naplno využiť potenciál takýchto materiálov.