A vízbázisú kapcsoló felülmúlja a félvezető eszközöket

A lézervezérlésű, vízbázisú kapcsolót, amely kétszer olyan gyorsan működik, mint a meglévő félvezető kapcsolók, németországi fizikushármas fejlesztett ki. Adrian Buchmann, Claudius Hoberg, Fabio Novelli A Bochum Ruhr Egyetemen ultrarövid lézerimpulzust használtak, hogy ideiglenes fémszerű állapotot hozzon létre egy folyékony vízsugárban. Ez megváltoztatta a terahertzes impulzusok átvitelét mindössze több tíz femtoszekundumos időskálán keresztül.

Mivel a legújabb félvezető alapú kapcsolók működési sebességük alapvető felső határához közelednek, a kutatók a jelek gyorsabb váltási módjait keresik. Az egyik váratlan hely, ahol inspirációt kereshet, a víz különös viselkedése extrém körülmények között – például jégóriás bolygók mélyén vagy erős lézerek által létrehozott körülmények között.

A molekuláris dinamikai szimulációk azt sugallják, hogy a víz 300 GPa nyomáson és 7000 K hőmérsékleten lép fémes állapotba. Bár ilyen körülmények nem fordulnak elő a Földön, lehetséges, hogy ez az állapot hozzájárul az Uránusz és a Neptunusz mágneses mezőihez. Hogy ezt a hatást közelebbről is tanulmányozhassuk, a közelmúltban végzett kísérletek erőteljes, ultrarövid lézerimpulzusokat alkalmaztak a fotoionizáció kiváltására vízbázisú oldatokban – múlékony, fémszerű állapotokat hozva létre.

Folyadéksugár

A vizsgálat során a trió Bochumban lézerimpulzusokat lőtt ki nátrium-jodid vizes oldatára. Az oldatot egy speciális fúvókából permetezték be, amely a folyadéksugarat mikron vastag lappá simította. Ha intenzív optikai lézerimpulzusnak vetik alá, amely 50 fs-ig tartott, a jodidionokból származó elektronok a folyékony víz vezetési sávjába gerjesztődnek. Ez a „szivattyú” impulzus fémként viselkedik a vízben, legalábbis átmenetileg.

A víz elektromosan halottnak bizonyul a határfelületeken

Amíg ebben a fémszerű állapotban van, a víz optikai tulajdonságai átmenetileg megváltoznak. Ennek a változásnak a kimutatására Buchmann, Hoberg és Novelli terahertzes sugárzás „szonda” impulzusát lőtték ki a vízbe, és megmérték, hogy a szonda impulzusának mekkora része jutott át a vízen. Amikor a szivattyú és a szonda impulzusai nulla késleltetéssel fedték egymást, azt találták, hogy az átvitel 20%-kal esett vissza a szivattyúimpulzus hiányában mért átvitelhez képest. A szivattyú és a szonda közötti késleltetés növelésével a csapat megállapította, hogy mindössze 70 fs kellett ahhoz, hogy a víz a fémből a normál állapotba ellazuljon.

A terahertzes szonda impulzusai körülbelül 1 ps hosszúak voltak, ami lényegesen hosszabb, mint a szivattyú impulzusa és a víz relaxációs ideje. Ez lehetővé tette a csapat számára, hogy megváltoztassa a továbbított szondaimpulzusok alakját, és az impulzusok frekvenciáit magasabb értékekre tolja el. A trió szerint ez a frekvenciaváltó hatás hasznos lehet a kísérletekben.

A trió a jövőbe tekintve azt reméli, hogy kutatásai utat nyithatnak a „vízelektronika” új területe előtt. A mindössze 70 fs kapcsolási idővel a víz már kétszer olyan gyors, mint a legjobb félvezető kapcsolók, amelyeknek körülbelül 150 fs szükséges az állapotváltáshoz.

A kutatás leírása a APL fotonika.

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• Platoblockchain. Web3 metaverzum intelligencia. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://physicsworld.com/a/water-based-switch-outpaces-semiconductor-devices/