Halvledarrevolution: ljusblixtar styr ultrasnabba komponenter!

Halvledarrevolution: ljusblixtar styr ultrasnabba komponenter!

Ett internationellt forskarlag bestående av fysiker från Bielefeld University och Leibniz Institute for Solid State and Materials Research Dresden (IFW Dresden) har gjort betydande framsteg i kontrollen av atomärt tunna halvledarteknologier. Studien, publicerad i Nature Communications, beskriver en ny metod för att manipulera dessa material med extremt korta ljusskurar i terahertzområdet. Denna teknik kan bana väg för en ny generation optoelektroniska enheter som styrs direkt av ljus, vilket signalerar en revolution inom området för ultrasnabba enheter.

Terahertz-ljus, som ligger i det elektromagnetiska spektrumet mellan infraröd och mikrovågor, omvandlas till vertikala elektriska fält av specialutvecklade nanoantenner. Dessa nanostrukturer, som utvecklades vid IFW Dresden under ledning av Dr. Andy Thomas, producerade elektriska fältstyrkor på flera megavolt per centimeter. Enligt Dr Dmitry Turchinovich, projektledaren, erbjuder traditionella elektroniska grindspänningar långsamma svarstider, medan det nya tillvägagångssättet erbjuder möjligheten att generera starka styrsignaler i halvledarmaterialet, och på så sätt möjliggöra realtidskontroll av den elektroniska strukturen på sub-pikosekunders tidsskalor.

Nya perspektiv för halvledarteknologier

Dessa framsteg är särskilt relevanta för utvecklingen av ultrasnabba signalkontrollanordningar, elektroniska omkopplare och sensorer. Möjliga tillämpningar sträcker sig från dataöverföring till ultrasnabba kameror till laserenheter. Forskningen kan påverka inte bara kommunikationssystem och datoranvändning, utan även bild- och kvantteknik.

Dessutom har ett annat team under ledning av TU Dresden gjort betydande framsteg i forskningen om ultratunna material. I ett experiment vid Helmholtz Center Dresden-Rossendorf (HZDR) visade forskare den snabba interaktionen mellan elektriskt neutrala och laddade, lysande partiklar som kallas excitoner. Dessa kan omvandlas till trioner, vilket öppnar nya möjligheter för elektronisk och optisk styrning. Resultaten av detta experiment publicerades i Nature Photonics.

Växlingshastigheten i denna nya process är nästan tusen gånger snabbare än traditionella elektroniska metoder. Genom att använda en fri elektronlaser (FELBE) för att generera intensiva terahertz-pulser, snabbar teamet under ledning av Prof. Alexey Chernikov och Dr. Stephan Winnerl upp bytesprocessen avsevärt.

Framtidsutsikter och tillämpningar

Resultaten av båda forskningsansatserna pekar på lovande tekniska tillämpningar inom sensorteknik och optisk databehandling. Framtida forskning kan fokusera på komplexa elektroniska tillstånd och plattformar för att utveckla nya modulatorer och pixelrika terahertzkameror.

Kombinationen av båda tillvägagångssätten visar hur terahertz-teknologi och innovativ halvledarforskning går samman för att uppnå betydande framsteg inom materialvetenskap. Utvecklingen kan inte bara revolutionera befintlig teknik, utan också öppna upp nya användningsområden och därmed fullt ut utnyttja potentialen hos sådana material.