水ベースのスイッチが半導体デバイスを凌駕

既存の半導体スイッチの XNUMX 倍の速さで動作するレーザー制御の水ベースのスイッチが、ドイツの XNUMX 人の物理学者によって開発されました。 エイドリアン・ブックマン、クラウディウス・ホーバーグ、ファビオ・ノヴェッリ ルール大学で、ボーフムは超短レーザー パルスを使用して、液体の水のジェット内に一時的に金属のような状態を作り出しました。 これにより、わずか数十フェムト秒の時間スケールでテラヘルツ パルスの伝送が変化しました。

最新の半導体ベースのスイッチが動作速度の基本的な上限に近づいているため、研究者は信号を切り替えるより高速な方法を探しています。 インスピレーションを探すための予期しない場所の XNUMX つは、氷の巨大な惑星の奥深くや強力なレーザーによって作成されたものなど、極端な条件下での水の奇妙な挙動です。

分子動力学シミュレーションは、水が 300 GPa の圧力と 7000 K の温度で金属状態になることを示唆しています。このような状態は地球上では発生しませんが、この状態が天王星と海王星の磁場に寄与している可能性があります。 この効果をより身近に研究するために、最近の実験では強力な超短レーザー パルスを使用して水ベースの溶液で光イオン化をトリガーし、つかの間の金属のような状態を作り出しました。

液体ジェット

この研究では、ボーフムのトリオがヨウ化ナトリウムの水ベースの溶液でレーザーパルスを発射しました。 溶液は特殊なノズルから噴霧され、液体ジェットをミクロン厚のシートに平らにしました。 50 fs 持続する強力な光レーザー パルスにさらされると、ヨウ化物イオンからの電子が液体水の伝導帯に励起されます。 この「ポンプ」パルスにより、水は少なくとも一時的に金属のように振る舞います。

水は界面で電気的に死んでいることが証明されています

この金属のような状態にある間、水の光学特性は一時的に変化します。 この変化を検出するために、Buchmann、Hoberg、および Novelli は、水にテラヘルツ放射の「プローブ」パルスを発射し、プローブ パルスが水を透過した量を測定しました。 ポンプパルスとプローブパルスがゼロ遅延でオーバーラップすると、ポンプパルスがない場合に比べて透過率が 20% 低下することがわかりました。 ポンプとプローブの間の遅延を増やすことで、チームは、水が金属から通常の状態に緩和するのにわずか 70 fs しかかからないことを突き止めました。

テラヘルツ プローブ パルスの長さは約 1 ps で、これはポンプ パルスと水の緩和時間よりもかなり長い。 これにより、チームは送信されたプローブ パルスの形状を変更し、パルスの周波数をより高い値にシフトすることができました。 このトリオは、この周波数シフト効果が実験に役立つ可能性があると言います。

さらに将来を見据えて、トリオは、その研究が「水エレクトロニクス」の新しい分野への道を開くことを望んでいます。 水はわずか 70 fs のスイッチング時間で、状態を変化させるのに約 150 fs かかる最高の半導体スイッチの XNUMX 倍の速さです。

研究はで説明されています APLフォトニクス.

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• 情報源： https://physicsworld.com/a/water-based-switch-outpaces-semiconductor-devices/