يتفوق المحول المعتمد على الماء على أجهزة أشباه الموصلات

تم تطوير مفتاح كهربائي قائم على الماء يتم التحكم فيه عن طريق الليزر ويعمل أسرع مرتين من مفاتيح أشباه الموصلات الحالية من قبل ثلاثة علماء فيزيائيين في ألمانيا. أدريان بوخمان ، كلوديوس هوبرج ، فابيو نوفيلي في جامعة الرور ، استخدمت بوخوم نبضة ليزر فائقة القصر لخلق حالة مؤقتة شبيهة بالمعادن في نفاثة من الماء السائل. أدى هذا إلى تغيير انتقال نبضات التيراهيرتز على مدى فترات زمنية لا تتجاوز عشرات الفيمتوثانية.

مع اقتراب أحدث المحولات القائمة على أشباه الموصلات من الحدود القصوى الأساسية لمدى سرعتها في العمل ، يبحث الباحثون عن طرق أسرع لتبديل الإشارات. أحد الأماكن غير المتوقعة للبحث عن الإلهام هو السلوك الفضولي للمياه في ظل الظروف القاسية - مثل تلك الموجودة في أعماق الكواكب الجليدية العملاقة أو التي تم إنشاؤها بواسطة أشعة الليزر القوية.

تشير محاكاة الديناميكيات الجزيئية إلى أن الماء يدخل في حالة معدنية عند ضغوط 300 جيجا باسكال ودرجات حرارة تبلغ 7000 كلفن بينما لا تحدث مثل هذه الظروف على الأرض ، فمن الممكن أن تساهم هذه الحالة في المجالات المغناطيسية لأورانوس ونبتون. لدراسة هذا التأثير بالقرب من المنزل ، استخدمت التجارب الحديثة نبضات ليزر قوية وفائقة القصر لإطلاق التأين الضوئي في الحلول القائمة على الماء - مما يخلق حالات عابرة تشبه المعدن.

السائل النفاث

في الدراسة ، أطلق الثلاثي في ​​بوخوم نبضات ليزر على محلول مائي من يوديد الصوديوم. تم رش المحلول من فوهة متخصصة ، مما أدى إلى تسطيح السائل النفاث إلى صفيحة بسماكة ميكرون. عند تعريضها لنبضة ليزر ضوئية مكثفة استمرت لمدة 50 fs ، تصبح الإلكترونات من أيونات اليوديد متحمسة في نطاق توصيل الماء السائل. نبض "المضخة" هذا يجعل الماء يتصرف مثل المعدن ، مؤقتًا على الأقل.

ثبت أن الماء ميت كهربائيًا عند الواجهات

أثناء وجوده في هذه الحالة الشبيهة بالمعادن ، تتغير الخصائص البصرية للماء مؤقتًا. لاكتشاف هذا التغيير ، أطلق بوخمان وهوبيرج ونوفيلي نبضة "مسبار" من إشعاع تيراهيرتز عند الماء وقاسوا مقدار نبض المسبار الذي ينتقل عبر الماء. عندما تداخلت نبضات المضخة والمسبار مع تأخير صفري ، وجدوا أن الإرسال انخفض بنسبة 20٪ مقارنة بالإرسال في غياب نبض المضخة. من خلال زيادة التأخير بين المضخة والمسبار ، قرر الفريق أن الماء يستغرق 70 قدمًا فقط حتى يرتاح من المعدن إلى حالته الطبيعية.

يبلغ طول نبضات مسبار التيراهيرتز حوالي 1 ps ، وهو أطول بكثير من نبض المضخة ووقت استرخاء الماء. سمح ذلك للفريق بتغيير أشكال نبضات المسبار المُرسَل ، وتحويل الترددات في النبضات إلى قيم أعلى. يقول الثلاثي إن تأثير تحويل التردد هذا يمكن أن يكون له تطبيقات مفيدة في التجارب.

بالنظر إلى المستقبل ، يأمل الثلاثي أن يمهد بحثهم الطريق لمجال جديد من "إلكترونيات المياه". مع وقت التبديل الذي يبلغ 70 fs فقط ، يكون الماء بالفعل أسرع بمرتين من أفضل مفاتيح تبديل أشباه الموصلات ، والتي تستغرق حوالي 150 fs لتغيير الحالة.

تم وصف البحث في الضوئيات APL.

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• بلاتوبلوكشين. Web3 Metaverse Intelligence. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• المصدر https://physicsworld.com/a/water-based-switch-outpaces-semiconductor-devices/