ALTIN 485,38
DOLAR 8,3413
EURO 9,9252
BIST 1.400
Adana Adıyaman Afyon Ağrı Aksaray Amasya Ankara Antalya Ardahan Artvin Aydın Balıkesir Bartın Batman Bayburt Bilecik Bingöl Bitlis Bolu Burdur Bursa Çanakkale Çankırı Çorum Denizli Diyarbakır Düzce Edirne Elazığ Erzincan Erzurum Eskişehir Gaziantep Giresun Gümüşhane Hakkari Hatay Iğdır Isparta İstanbul İzmir K.Maraş Karabük Karaman Kars Kastamonu Kayseri Kırıkkale Kırklareli Kırşehir Kilis Kocaeli Konya Kütahya Malatya Manisa Mardin Mersin Muğla Muş Nevşehir Niğde Ordu Osmaniye Rize Sakarya Samsun Siirt Sinop Sivas Şanlıurfa Şırnak Tekirdağ Tokat Trabzon Tunceli Uşak Van Yalova Yozgat Zonguldak
İstanbul 36 °C
Sıcak

Araştırma ekibi kuantum materyali için kontrol mekanizmasını gösteriyor

16.04.2021
106
Araştırma ekibi kuantum materyali için kontrol mekanizmasını gösteriyor

Büyük miktarda veri mümkün olan en hızlı şekilde nasıl aktarılabilir veya işlenebilir? Bunun bir anahtarı grafen olabilir. Ultra ince malzeme yalnızca bir atomik katman kalınlığındadır ve içerdiği elektronlar, kuantum etkilerinden dolayı çok özel özelliklere sahiptir.

Bu nedenle, yüksek performanslı elektronik bileşenlerde kullanım için çok uygun olabilir. Ancak bu noktaya kadar, grafenin belirli özelliklerinin uygun şekilde nasıl kontrol edileceği konusunda bilgi eksikliği olmuştur. Almanya ve İspanya’daki diğer araştırma enstitülerinden araştırmacılarla birlikte Bielefeld ve Berlin’den bir bilim insanı ekibinin yaptığı yeni bir çalışma bunu değiştiriyor.

Karbon atomlarından oluşan grafen, atomların altıgen bir kafes şeklinde düzenlendiği, sadece bir atom kalınlığında bir malzemedir. Atomların bu düzenlemesi, grafenin benzersiz özelliğiyle sonuçlanır: Bu malzemedeki elektronlar, kütleleri yokmuş gibi hareket ederler. Elektronların bu “kütlesiz” davranışı, grafende çok yüksek elektrik iletkenliğine yol açar ve daha da önemlisi, bu özellik oda sıcaklığında ve ortam koşullarında korunur. Bu nedenle grafen, modern elektronik uygulamaları için potansiyel olarak çok ilgi çekicidir.

Yakın zamanda, elektronlarının yüksek elektronik iletkenliği ve “kütlesiz” davranışının, grafenin içinden geçen elektrik akımlarının frekans bileşenlerini değiştirmesine izin verdiği keşfedildi. Bu özellik, bu akımın ne kadar güçlü olduğuna büyük ölçüde bağlıdır. Modern elektronikte, böyle bir doğrusal olmama, elektrik sinyallerinin anahtarlanması ve işlenmesi için en temel işlevlerden birini içerir. Grafeni benzersiz kılan, doğrusal olmayışının tüm elektronik malzemeler arasında açık ara en güçlü olmasıdır. Dahası, alışılagelmiş elektronik malzemelerin çoğunun başarısız olduğu teknolojik açıdan önemli terahertz (THz) aralığına kadar uzanan, olağanüstü yüksek elektronik frekanslar için çok iyi çalışıyor.

Yeni çalışmalarında, Almanya ve İspanya’dan araştırmacılar ekibi, grafenin doğrusal olmamasının, malzemeye nispeten mütevazı elektrik voltajları uygulayarak çok verimli bir şekilde kontrol edilebileceğini gösterdi. Bunun için araştırmacılar, bir dizi elektrik kontağı aracılığıyla grafene bir kontrol voltajının uygulanabileceği bir transistöre benzeyen bir cihaz ürettiler. Daha sonra, cihaz kullanılarak ultra yüksek frekanslı THz sinyalleri iletildi: bu sinyallerin iletimi ve müteakip dönüşümü, uygulanan voltajla ilişkili olarak analiz edildi. Araştırmacılar, grafenin belirli bir voltajda neredeyse tamamen şeffaf hale geldiğini buldu – normalde güçlü doğrusal olmayan tepkisi neredeyse yok oluyor. Voltajı bu kritik değerden biraz artırarak veya düşürerek, grafen, iletilen ve gönderilen THz elektronik sinyallerinin gücünü ve frekans bileşenlerini önemli ölçüde değiştirerek güçlü bir şekilde doğrusal olmayan bir malzemeye dönüştürülebilir.

Bielefeld Üniversitesi’nden fizikçi ve bu çalışmanın başkanlarından biri olan Prof. Dmitry Turchinovich, “Bu, elektriksel sinyal işleme ve sinyal modülasyon uygulamalarında grafenin uygulanmasına yönelik önemli bir adımdır” diyor. “Daha önce grafenin, bildiğimiz en doğrusal olmayan işlevsel malzeme olduğunu zaten göstermiştik. Doğrusal olmamanın arkasındaki fiziği de anlıyoruz, bu artık grafendeki ultra hızlı elektron taşınmasının termodinamik resmi olarak bilinir. Günlük teknolojilerde grafen kullanımının eksik halkası olan bu doğrusal olmayışı kontrol ederken, şimdiye kadar nasıl olduğunu bilmiyorduk . ”

Profesör Dr. Turchinovich’in bir üyesi olan Dr. Hassan A. Hafez, “Kontrol voltajını grafene uygulayarak, malzemedeki elektrik sinyali uygulandığında serbestçe hareket edebilen elektron sayısını değiştirebildik” diye açıklıyor. Bielefeld’deki laboratuvarı ve çalışmanın baş yazarlarından biri. “Bir yandan, elektronlar uygulanan elektrik alanına yanıt olarak ne kadar fazla hareket edebilirse, akımlar o kadar güçlüdür ve bu da doğrusal olmayışı arttırır. Öte yandan, ne kadar serbest elektron mevcutsa, aralarındaki etkileşim o kadar güçlü olur. ve bu, doğrusal olmayışı bastırır. Burada – hem deneysel hem de teorik olarak – sadece birkaç voltluk nispeten zayıf bir harici voltaj uygulayarak, grafendeki en güçlü THz doğrusal olmayanlık için en uygun koşulların yaratılabileceğini gösterdik. ”

Optik Enstitüsü’nden Profesör Dr. Michael Gensch, “Bu çalışma ile, grafeni, THz frekans dönüştürücüleri, mikserler ve modülatörler gibi cihazlarda son derece verimli doğrusal olmayan işlevsel bir kuantum malzemesi olarak kullanma yolunda önemli bir kilometre taşına ulaştık” diyor. Alman Havacılık ve Uzay Merkezi’nin (DLR) ve bu çalışmanın diğer başkanı olan Berlin Teknik Üniversitesi’nin Sensör Sistemleri. “Bu son derece önemlidir çünkü grafen, CMOS veya Bi-CMOS gibi mevcut elektronik ultra yüksek frekanslı yarı iletken teknolojisiyle mükemmel bir şekilde uyumludur. Bu nedenle, ilk elektrik sinyalinin mevcut yarı iletken teknolojisi kullanılarak daha düşük frekansta üretildiği hibrit cihazları tasavvur etmek artık mümkün. ancak daha sonra tamamen kontrol edilebilir ve öngörülebilir bir şekilde grafendeki çok daha yüksek THz frekanslarına çok verimli bir şekilde dönüştürülebilir. ”

Bielefeld Üniversitesi, DLR Optik Algılayıcı Sistemleri Enstitüsü, Berlin Teknik Üniversitesi, Helmholtz Merkezi Dresden-Rossendorf ve Almanya’daki Max Planck Polimer Araştırma Enstitüsü’nün yanı sıra Katalan Nanobilim Enstitüsü ve Nanoteknoloji (ICN2) ve İspanya’daki Fotonik Bilimler Enstitüsü (ICFO) bu çalışmaya katıldı.


Daha fazla bilgi:
Bilim Gelişmeleri (2021). DOI: 10.1126 / sciadv.abf9809

ZİYARETÇİ YORUMLARI - 0 YORUM

Henüz yorum yapılmamış.