Vesipohjainen kytkin ohittaa puolijohdelaitteet

Julkaissut Platon

seuraajia: 0

Vesisuihku — **Tavoitteen mukainen** Vesi puhalletaan ulos erityisesti kehitetyn suuttimen kautta ja sen läpi johdetaan laserpulssi kytkimen luomiseksi. (Kohtelias: Adrian Buchmann)

Saksalainen fyysikkokolmio on kehittänyt laserohjatun vesipohjaisen kytkimen, joka toimii kaksi kertaa nopeammin kuin nykyiset puolijohdekytkimet. Adrian Buchmann, Claudius Hoberg, Fabio Novelli Ruhrin yliopistossa Bochum käytti ultralyhyttä laserpulssia luodakseen väliaikaisen metallin kaltaisen tilan nestemäisessä vesisuihkussa. Tämä muutti terahertsipulssien lähetystä vain kymmenien femtosekuntien ajan.

Uusimpien puolijohdepohjaisten kytkimien lähestyessä perustavanlaatuisia ylärajoja niiden nopeudelle, tutkijat etsivät nopeampia tapoja vaihtaa signaaleja. Yksi odottamaton paikka etsiä inspiraatiota on veden utelias käyttäytyminen äärimmäisissä olosuhteissa – kuten syvällä jääjättiplaneettojen sisällä tai tehokkaiden lasereiden luomissa olosuhteissa.

Molekyylidynamiikan simulaatiot viittaavat siihen, että vesi siirtyy metalliseen tilaan paineessa 300 GPa ja lämpötilassa 7000 K. Vaikka tällaisia olosuhteita ei esiinny maapallolla, on mahdollista, että tämä tila vaikuttaa Uranuksen ja Neptunuksen magneettikenttiin. Tämän vaikutuksen tutkimiseksi lähempänä kotia viimeaikaisissa kokeissa on käytetty tehokkaita, ultralyhyitä laserpulsseja laukaisemaan fotoionisaatiota vesipohjaisissa ratkaisuissa – luoden ohikiitäviä, metallimaisia tiloja.

Nestesuihku

Tutkimuksessa kolmikko Bochumissa ampui laserpulsseja vesipohjaiseen natriumjodidiliuokseen. Liuos ruiskutettiin erikoissuuttimesta, joka tasoitti nestesuihkun mikronin paksuiseksi levyksi. Kun 50 fs kestänyt voimakas optinen laserpulssi altistetaan, jodidi-ionien elektronit virittyvät nestemäisen veden johtavuusalueelle. Tämä "pumppu" pulssi saa veden käyttäytymään kuin metalli, ainakin väliaikaisesti.

Vesi osoittautuu sähköisesti kuolleeksi rajapinnoissa

Tässä metallimaisessa tilassa veden optiset ominaisuudet muuttuvat tilapäisesti. Tämän muutoksen havaitsemiseksi Buchmann, Hoberg ja Novelli ampuivat terahertsisäteilyn "koetinpulssin" veteen ja mittasivat, kuinka suuri osa anturin pulssista välittyi veden läpi. Kun pumpun ja anturin pulssit menivät päällekkäin nollaviiveellä, he havaitsivat, että lähetys väheni 20 % verrattuna lähetykseen ilman pumppupulssia. Pidentämällä pumpun ja anturin välistä viivettä, tiimi päätti, että kesti vain 70 fs, ennen kuin vesi rentoutui metallista normaalitilaan.

Terahertsimittausanturin pulssit olivat noin 1 ps pitkiä, mikä on merkittävästi pidempi kuin pumppupulssi ja veden relaksaatioaika. Tämä antoi ryhmälle mahdollisuuden muuttaa lähetettyjen koetinpulssien muotoja ja siirtää pulssien taajuuksia korkeampiin arvoihin. Trio sanoo, että tällä taajuutta muuttavalla vaikutuksella voi olla hyödyllisiä sovelluksia kokeissa.

Katsellaan pidemmälle tulevaisuuteen trio toivoo, että sen tutkimus voisi tasoittaa tietä uudelle "vesielektroniikan" alalle. Vain 70 fs:n kytkentäajalla vesi on jo kaksi kertaa nopeampaa kuin parhaat puolijohdekytkimet, joiden tilan vaihtaminen kestää noin 150 fs.

Tutkimusta kuvataan APL fotoniikka.