سوئیچ مبتنی بر آب از دستگاه های نیمه هادی پیشی می گیرد

یک سوئیچ مبتنی بر آب با کنترل لیزری که دو برابر سریع‌تر از کلیدهای نیمه‌رسانای موجود کار می‌کند، توسط سه فیزیکدان در آلمان ساخته شده است. آدریان بوخمن، کلودیوس هوبرگ، فابیو نوولی در دانشگاه روهر بوخوم از یک پالس لیزری فوق کوتاه برای ایجاد حالت موقت فلز مانند در یک جت آب مایع استفاده کرد. این انتقال پالس‌های تراهرتز را در بازه‌های زمانی تنها ده‌ها فمتوثانیه تغییر داد.

با نزدیک شدن جدیدترین سوئیچ های نیمه هادی به محدودیت های اساسی در مورد سرعت عملکرد آنها، محققان در جستجوی راه های سریع تر سوئیچینگ سیگنال ها هستند. یکی از مکان‌های غیرمنتظره برای جستجوی الهام، رفتار کنجکاو آب در شرایط شدید است - مانند مواردی که در اعماق سیارات غول‌پیکر یخی یا ایجاد شده توسط لیزرهای قدرتمند ایجاد شده‌اند.

شبیه سازی دینامیک مولکولی نشان می دهد که آب در فشارهای 300 گیگا پاسکال و دمای 7000 کلوین وارد حالت فلزی می شود. در حالی که چنین شرایطی در زمین رخ نمی دهد، ممکن است این حالت به میدان های مغناطیسی اورانوس و نپتون کمک کند. برای مطالعه این اثر نزدیک‌تر به خانه، آزمایش‌های اخیر از پالس‌های لیزری قدرتمند و فوق‌کوتاه برای راه‌اندازی یونیزاسیون عکس در محلول‌های مبتنی بر آب استفاده کرده‌اند – ایجاد حالت‌های زودگذر و شبیه فلز.

جت مایع

در این مطالعه، این سه نفر در بوخوم پالس های لیزری را به محلول یدید سدیم مبتنی بر آب شلیک کردند. محلول از یک نازل تخصصی پاشیده شد که جت مایع را به ورقه ای به ضخامت میکرون صاف کرد. هنگامی که تحت یک پالس لیزر نوری شدید که 50 fs طول می کشد، الکترون های یون های یدید به نوار رسانایی آب مایع برانگیخته می شوند. این پالس "پمپ" باعث می شود آب حداقل به طور موقت مانند یک فلز رفتار کند.

ثابت می کند که آب در رابط ها از نظر الکتریکی مرده است

در حالی که در این حالت فلز مانند، خواص نوری آب به طور موقت تغییر می کند. برای تشخیص این تغییر بوخمن، هوبرگ و نوولی یک پالس «کاوشگر» از تابش تراهرتز به سمت آب شلیک کردند و اندازه‌گیری کردند که چه مقدار از پالس کاوشگر از آب منتقل می‌شود. هنگامی که پالس های پمپ و پروب با تاخیر صفر همپوشانی داشتند، دریافتند که انتقال 20٪ در مقایسه با انتقال در غیاب پالس پمپ کاهش می یابد. با افزایش تاخیر بین پمپ و کاوشگر، تیم تشخیص داد که فقط 70 fs طول می کشد تا آب از یک فلز به حالت عادی خود رها شود.

پالس های پروب تراهرتز حدود 1 ثانیه طول داشتند که به طور قابل توجهی طولانی تر از پالس پمپ و زمان آرامش آب است. این به تیم اجازه داد تا شکل پالس‌های کاوشگر ارسالی را تغییر دهد و فرکانس‌های پالس‌ها را به مقادیر بالاتر تغییر دهد. این سه نفر می‌گویند که این اثر تغییر فرکانس می‌تواند کاربردهای مفیدی در آزمایش‌ها داشته باشد.

با نگاهی بیشتر به آینده، این سه نفر امیدوارند که تحقیقات آنها بتواند راه را برای حوزه جدیدی از "الکترونیک آب" هموار کند. با زمان سوئیچینگ فقط 70 fs، آب در حال حاضر دو برابر سریعتر از بهترین کلیدهای نیمه هادی است که تغییر حالت آنها حدود 150 fs طول می کشد.

تحقیق در شرح داده شده است APL Photonics.

• محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
• پلاتوبلاک چین. Web3 Metaverse Intelligence. دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
• منبع: https://physicsworld.com/a/water-based-switch-outpaces-semiconductor-devices/