מתג מבוסס מים גובר על התקני מוליכים למחצה

מתג מבוקר על בסיס מים הפועל פי שניים מהמתגים הקיימים מוליכים למחצה פותח על ידי שלישיית פיזיקאים בגרמניה. אדריאן בוכמן, קלאודיוס הוברג, פאביו נובלי באוניברסיטת רוהר בוכום השתמש בדופק לייזר קצר במיוחד כדי ליצור מצב זמני דמוי מתכת בסילון מים נוזלי. זה שינה את השידור של פעימות טרה-הרץ לאורך טווחי זמן של עשרות פמט-שניות בלבד.

כשהמתגים העדכניים ביותר מבוססי מוליכים למחצה מתקרבים לגבול העליון הבסיסי של כמה מהר הם יכולים לפעול, החוקרים מחפשים דרכים מהירות יותר להחלפת אותות. מקום בלתי צפוי אחד לחפש בו השראה הוא ההתנהגות המוזרה של מים בתנאים קיצוניים - כמו אלה שנמצאים עמוק בתוך כוכבי לכת ענקי קרח או שנוצרו על ידי לייזרים חזקים.

הדמיות דינמיקה מולקולרית מצביעות על כך שהמים נכנסים למצב מתכתי בלחצים של 300 GPa וטמפרטורות של 7000 K. בעוד שתנאים כאלה אינם מתרחשים על פני כדור הארץ, ייתכן שמצב זה תורם לשדות המגנטיים של אורנוס ונפטון. כדי לחקור את האפקט הזה קרוב יותר לבית, ניסויים אחרונים השתמשו בפולסי לייזר עוצמתיים וקצרים במיוחד כדי להפעיל יינון פוטו בפתרונות מבוססי מים - יצירת מצבים חולפים, דמויי מתכת.

סילון נוזלי

במחקר, השלישייה בבוכום ירתה פולסי לייזר על תמיסה על בסיס מים של יודיד נתרן. התמיסה רוססה מזרבובית מיוחדת, אשר שיטחה את סילון הנוזל ליריעה בעובי מיקרון. כאשר נתונים לפולס לייזר אופטי אינטנסיבי שנמשך 50 fs, אלקטרונים מיוני היוד מתרגשים לתוך פס ההולכה של המים הנוזליים. דופק ה"משאבה" הזה גורם למים להתנהג כמו מתכת, לפחות באופן זמני.

מים מוכיחים שהם מתים חשמלית בממשקים

במצב דמוי מתכת זה, התכונות האופטיות של המים משתנות זמנית. כדי לזהות את השינוי הזה בוכמן, הוברג ונובלי ירו פולס "בדיקה" של קרינת טרה-הרץ לעבר המים ומדדו כמה מפולס הבדיקה הועבר דרך המים. כאשר פעימות המשאבה והבדיקה חפפו באפס השהייה, הם גילו שהשידור ירד ב-20% בהשוואה לשידור בהיעדר דופק משאבה. על ידי הגדלת ההשהיה בין המשאבה לבדיקה, הצוות קבע שנדרשו רק 70 fs עד שהמים יירגעו ממתכת למצבם הרגיל.

פעימות הבדיקה של ה-terahertz היו באורך של כ-1 ps, וזה ארוך משמעותית מפולס המשאבה ומזמן ההרפיה של המים. זה איפשר לצוות לשנות את צורות הפולסים המועברים, ולהעביר את התדרים בפולסים לערכים גבוהים יותר. השלישייה אומרת שלאפקט של שינוי תדר זה יכול להיות יישומים שימושיים בניסויים.

במבט רחוק יותר אל העתיד, השלישייה מקווה שהמחקר שלה יוכל לסלול את הדרך לתחום חדש של "אלקטרוניקה מים". עם זמן מיתוג של 70 fs בלבד, המים כבר מהירים פי שניים ממתגי המוליכים למחצה הטובים ביותר, שלוקח להם בערך 150 fs כדי לשנות מצב.

המחקר מתואר ב APL Photonics.

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. ידע מוגבר. גישה כאן.
• מקור: https://physicsworld.com/a/water-based-switch-outpaces-semiconductor-devices/