Sakelar berbasis air melampaui perangkat semikonduktor

Sakelar berbasis air yang dikendalikan laser yang beroperasi dua kali lebih cepat dari sakelar semikonduktor yang ada telah dikembangkan oleh trio fisikawan di Jerman. Adrian Buchmann, Claudius Hoberg, Fabio Novelli di Ruhr University Bochum menggunakan pulsa laser ultrashort untuk menciptakan keadaan seperti logam sementara dalam semburan air cair. Ini mengubah transmisi pulsa terahertz dalam rentang waktu hanya puluhan femtodetik.

Dengan sakelar berbasis semikonduktor terbaru yang mendekati batas atas mendasar tentang seberapa cepat mereka dapat beroperasi, para peneliti mencari cara yang lebih cepat untuk mengalihkan sinyal. Satu tempat tak terduga untuk mencari inspirasi adalah perilaku air yang aneh di bawah kondisi ekstrem – seperti yang jauh di dalam planet raksasa es atau diciptakan oleh laser yang kuat.

Simulasi dinamika molekul menunjukkan bahwa air memasuki keadaan logam pada tekanan 300 GPa dan suhu 7000 K. Meskipun kondisi seperti itu tidak terjadi di Bumi, ada kemungkinan bahwa keadaan ini berkontribusi pada medan magnet Uranus dan Neptunus. Untuk mempelajari efek ini lebih dekat, eksperimen terbaru telah menggunakan gelombang laser ultrapendek yang kuat untuk memicu foto-ionisasi dalam larutan berbasis air – menciptakan keadaan sekilas seperti logam.

Pancaran cair

Dalam penelitian tersebut, ketiganya di Bochum menembakkan pulsa laser pada larutan natrium iodida berbasis air. Solusinya disemprotkan dari nosel khusus, yang meratakan pancaran cairan menjadi lembaran setebal mikron. Ketika terkena pulsa laser optik intens yang berlangsung selama 50 fs, elektron dari ion iodida menjadi tereksitasi ke dalam pita konduksi air cair. Denyut “pompa” ini membuat air berperilaku seperti logam, setidaknya untuk sementara.

Air terbukti mati secara elektrik pada antarmuka

Saat berada dalam keadaan seperti logam, sifat optik air diubah untuk sementara. Untuk mendeteksi perubahan ini Buchmann, Hoberg dan Novelli menembakkan “probe” pulsa radiasi terahertz ke dalam air dan mengukur seberapa banyak pulsa probe yang ditransmisikan melalui air. Ketika pulsa pompa dan probe tumpang tindih dengan penundaan nol, mereka menemukan bahwa transmisi turun sebesar 20% dibandingkan transmisi tanpa adanya pulsa pompa. Dengan meningkatkan penundaan antara pompa dan probe, tim menentukan bahwa hanya diperlukan waktu 70 fs agar air mengendur dari logam ke keadaan normal.

Pulsa probe terahertz memiliki panjang sekitar 1 ps, yang secara signifikan lebih lama dari pulsa pompa dan waktu relaksasi air. Hal ini memungkinkan tim untuk mengubah bentuk pulsa probe yang ditransmisikan, menggeser frekuensi pulsa ke nilai yang lebih tinggi. Ketiganya mengatakan bahwa efek pergeseran frekuensi ini dapat memiliki aplikasi yang berguna dalam percobaan.

Melihat lebih jauh ke masa depan, ketiganya berharap penelitiannya dapat membuka jalan bagi bidang baru “elektronik air”. Dengan waktu peralihan hanya 70 fs, air sudah dua kali lebih cepat dari sakelar semikonduktor terbaik, yang membutuhkan waktu sekitar 150 fs untuk mengubah keadaan.

Penelitian tersebut dijelaskan dalam Fotonik APL.

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• Platoblockchain. Intelijen Metaverse Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• Sumber: https://physicsworld.com/a/water-based-switch-outpaces-semiconductor-devices/