Ο διακόπτης με βάση το νερό ξεπερνά τις συσκευές ημιαγωγών

Ένας διακόπτης με βάση το νερό, ελεγχόμενος με λέιζερ, ο οποίος λειτουργεί δύο φορές πιο γρήγορα από τους υπάρχοντες διακόπτες ημιαγωγών, αναπτύχθηκε από μια τριάδα φυσικών στη Γερμανία. Adrian Buchmann, Claudius Hoberg, Fabio Novelli στο Πανεπιστήμιο του Ρουρ στο Μπόχουμ χρησιμοποίησε έναν υπερσύντομο παλμό λέιζερ για να δημιουργήσει μια προσωρινή κατάσταση που μοιάζει με μέταλλο σε έναν πίδακα υγρού νερού. Αυτό άλλαξε τη μετάδοση των παλμών terahertz σε χρονικές κλίμακες μόλις δεκάδων femtoseconds.

Με τους πιο πρόσφατους διακόπτες που βασίζονται σε ημιαγωγούς να πλησιάζουν τα θεμελιώδη ανώτερα όρια για το πόσο γρήγορα μπορούν να λειτουργήσουν, οι ερευνητές αναζητούν ταχύτερους τρόπους εναλλαγής σημάτων. Ένα απροσδόκητο μέρος για να αναζητήσετε έμπνευση είναι η περίεργη συμπεριφορά του νερού κάτω από ακραίες συνθήκες – όπως αυτές βαθιά μέσα σε γιγάντια πλανήτες πάγου ή που δημιουργούνται από ισχυρά λέιζερ.

Οι προσομοιώσεις μοριακής δυναμικής υποδηλώνουν ότι το νερό εισέρχεται σε μεταλλική κατάσταση σε πιέσεις 300 GPa και θερμοκρασίες 7000 Κ. Ενώ τέτοιες συνθήκες δεν συμβαίνουν στη Γη, είναι πιθανό αυτή η κατάσταση να συμβάλλει στα μαγνητικά πεδία του Ουρανού και του Ποσειδώνα. Για να μελετηθεί αυτό το φαινόμενο πιο κοντά στο σπίτι, πρόσφατα πειράματα χρησιμοποίησαν ισχυρούς, υπερμικρούς παλμούς λέιζερ για να ενεργοποιήσουν φωτοϊοντισμό σε διαλύματα με βάση το νερό - δημιουργώντας φευγαλέες καταστάσεις που μοιάζουν με μέταλλα.

Υγρό πίδακα

Στη μελέτη, το τρίο στο Μπόχουμ εκτόξευσε παλμούς λέιζερ σε διάλυμα ιωδιούχου νατρίου με βάση το νερό. Το διάλυμα ψεκάστηκε από ένα εξειδικευμένο ακροφύσιο, το οποίο ισοπέδωσε τον πίδακα υγρού σε ένα φύλλο πάχους μικρού. Όταν υποβάλλονται σε έντονο οπτικό παλμό λέιζερ που διήρκεσε για 50 fs, τα ηλεκτρόνια από τα ιόντα ιωδίου διεγείρονται στη ζώνη αγωγιμότητας του υγρού νερού. Αυτός ο παλμός «αντλίας» κάνει το νερό να συμπεριφέρεται σαν μέταλλο, τουλάχιστον προσωρινά.

Το νερό αποδεικνύεται ότι είναι ηλεκτρικά νεκρό στις διεπαφές

Ενώ βρίσκεται σε αυτή την κατάσταση που μοιάζει με μέταλλο, οι οπτικές ιδιότητες του νερού μεταβάλλονται προσωρινά. Για να ανιχνεύσουν αυτήν την αλλαγή, οι Buchmann, Hoberg και Novelli εκτόξευσαν έναν παλμό «ανιχνευτή» ακτινοβολίας terahertz στο νερό και μέτρησαν πόσο από τον παλμό του ανιχνευτή μεταδόθηκε μέσω του νερού. Όταν οι παλμοί της αντλίας και του αισθητήρα επικαλύπτονταν με μηδενική καθυστέρηση, διαπίστωσαν ότι η μετάδοση μειώθηκε κατά 20% σε σύγκριση με τη μετάδοση απουσία παλμού αντλίας. Αυξάνοντας την καθυστέρηση μεταξύ της αντλίας και του αισθητήρα, η ομάδα προσδιόρισε ότι χρειάστηκαν μόλις 70 fs για να χαλαρώσει το νερό από ένα μέταλλο στην κανονική του κατάσταση.

Οι παλμοί του ανιχνευτή terahertz είχαν μήκος περίπου 1 ps, που είναι σημαντικά μεγαλύτερος από τον παλμό της αντλίας και τον χρόνο χαλάρωσης του νερού. Αυτό επέτρεψε στην ομάδα να αλλάξει τα σχήματα των μεταδιδόμενων παλμών ανιχνευτή, μετατοπίζοντας τις συχνότητες στους παλμούς σε υψηλότερες τιμές. Το τρίο λέει ότι αυτό το φαινόμενο μετατόπισης συχνότητας θα μπορούσε να έχει χρήσιμες εφαρμογές σε πειράματα.

Κοιτάζοντας περαιτέρω στο μέλλον, η τριάδα ελπίζει ότι η έρευνά της θα μπορούσε να ανοίξει το δρόμο για ένα νέο πεδίο «ηλεκτρονικών νερού». Με χρόνο μεταγωγής μόλις 70 fs, το νερό είναι ήδη δύο φορές πιο γρήγορο από τους καλύτερους διακόπτες ημιαγωγών, οι οποίοι χρειάζονται περίπου 150 fs για να αλλάξουν κατάσταση.

Η έρευνα περιγράφεται στο APL Photonics.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://physicsworld.com/a/water-based-switch-outpaces-semiconductor-devices/