El interruptor a base de agua supera a los dispositivos semiconductores

Un trío de físicos en Alemania ha desarrollado un interruptor a base de agua controlado por láser que funciona el doble de rápido que los interruptores de semiconductores existentes. Adrián Buchmann, Claudio Hoberg, Fabio Novelli en la Universidad Ruhr de Bochum utilizó un pulso láser ultracorto para crear un estado temporal similar al metal en un chorro de agua líquida. Esto alteró la transmisión de pulsos de terahercios en escalas de tiempo de solo decenas de femtosegundos.

Con los últimos conmutadores basados ​​en semiconductores acercándose a los límites superiores fundamentales de la rapidez con la que pueden funcionar, los investigadores están a la caza de formas más rápidas de conmutar señales. Un lugar inesperado para buscar inspiración es el curioso comportamiento del agua en condiciones extremas, como las que se encuentran en las profundidades de los planetas gigantes de hielo o las creadas por potentes láseres.

Las simulaciones de dinámica molecular sugieren que el agua entra en un estado metálico a presiones de 300 GPa y temperaturas de 7000 K. Si bien tales condiciones no ocurren en la Tierra, es posible que este estado contribuya a los campos magnéticos de Urano y Neptuno. Para estudiar este efecto más cerca de casa, experimentos recientes han utilizado potentes pulsos de láser ultracortos para desencadenar la fotoionización en soluciones a base de agua, creando estados fugaces similares a los del metal.

Chorro de liquido

En el estudio, el trío de Bochum disparó pulsos láser a una solución de yoduro de sodio a base de agua. La solución se roció desde una boquilla especializada, que aplanó el chorro de líquido hasta convertirlo en una lámina de un micrómetro de espesor. Cuando se somete a un intenso pulso de láser óptico que duró 50 fs, los electrones de los iones yoduro se excitan en la banda de conducción del agua líquida. Este pulso de “bomba” hace que el agua se comporte como un metal, al menos temporalmente.

El agua demuestra estar eléctricamente muerta en las interfaces

Mientras se encuentra en este estado metálico, las propiedades ópticas del agua se alteran temporalmente. Para detectar este cambio, Buchmann, Hoberg y Novelli dispararon un pulso de "sonda" de radiación de terahercios al agua y midieron qué parte del pulso de la sonda se transmitía a través del agua. Cuando los pulsos de la bomba y la sonda se superpusieron sin retraso, descubrieron que la transmisión cayó un 20% en comparación con la transmisión en ausencia de un pulso de bomba. Al aumentar el retraso entre la bomba y la sonda, el equipo determinó que el agua tardó solo 70 fs en pasar del estado metálico a su estado normal.

Los pulsos de la sonda de terahercios tenían una duración de aproximadamente 1 ps, que es significativamente más largo que el pulso de la bomba y el tiempo de relajación del agua. Esto permitió al equipo cambiar las formas de los pulsos de sonda transmitidos, desplazando las frecuencias de los pulsos a valores más altos. El trío dice que este efecto de cambio de frecuencia podría tener aplicaciones útiles en los experimentos.

Mirando más hacia el futuro, el trío espera que su investigación pueda allanar el camino para un nuevo campo de "electrónica del agua". Con un tiempo de conmutación de solo 70 fs, el agua ya es el doble de rápido que los mejores interruptores de semiconductores, que tardan unos 150 fs en cambiar de estado.

La investigación se describe en Fotónica APL.

• Distribución de relaciones públicas y contenido potenciado por SEO. Consiga amplificado hoy.
• Platoblockchain. Inteligencia del Metaverso Web3. Conocimiento amplificado. Accede Aquí.
• Fuente: https://physicsworld.com/a/water-based-switch-outpaces-semiconductor-devices/