Przełącznik na bazie wody wyprzedza urządzenia półprzewodnikowe

Sterowany laserowo przełącznik na bazie wody, który działa dwa razy szybciej niż istniejące przełączniki półprzewodnikowe, został opracowany przez trio fizyków w Niemczech. Adrian Buchmann, Claudius Hoberg, Fabio Novelli na Uniwersytecie Ruhr w Bochum użyli ultrakrótkiego impulsu laserowego do stworzenia tymczasowego stanu przypominającego metal w strumieniu ciekłej wody. Zmieniło to transmisję impulsów terahercowych w skalach czasowych wynoszących zaledwie dziesiątki femtosekund.

Ponieważ najnowsze przełączniki półprzewodnikowe zbliżają się do fundamentalnych górnych granic szybkości działania, naukowcy poszukują szybszych sposobów przełączania sygnałów. Jednym z nieoczekiwanych miejsc, w których można szukać inspiracji, jest dziwne zachowanie wody w ekstremalnych warunkach — na przykład głęboko w lodowych planetach-olbrzymach lub stworzonych przez potężne lasery.

Symulacje dynamiki molekularnej sugerują, że woda przechodzi w stan metaliczny przy ciśnieniu 300 GPa i temperaturze 7000 K. Chociaż takie warunki nie występują na Ziemi, możliwe jest, że stan ten ma wpływ na pola magnetyczne Urana i Neptuna. Aby zbadać ten efekt bliżej domu, w ostatnich eksperymentach wykorzystano potężne, ultrakrótkie impulsy laserowe do wyzwalania fotojonizacji w roztworach na bazie wody – tworząc ulotne stany przypominające metal.

Ciekły strumień

W badaniu trio z Bochum wystrzeliło impulsy laserowe w wodny roztwór jodku sodu. Roztwór był rozpylany ze specjalistycznej dyszy, która spłaszczała strumień cieczy w arkusz o grubości mikrona. Po poddaniu intensywnemu optycznemu impulsowi laserowemu, który trwał 50 fs, elektrony z jonów jodkowych zostają wzbudzone w paśmie przewodnictwa ciekłej wody. Ten impuls „pompy” sprawia, że ​​woda zachowuje się jak metal, przynajmniej tymczasowo.

Woda okazuje się być elektrycznie martwa na interfejsach

W tym stanie przypominającym metal właściwości optyczne wody są tymczasowo zmienione. Aby wykryć tę zmianę, Buchmann, Hoberg i Novelli wystrzelili w wodę „sondujący” impuls promieniowania terahercowego i zmierzyli, jaka część impulsu sondy została przepuszczona przez wodę. Kiedy impulsy pompy i sondy nałożyły się na siebie z zerowym opóźnieniem, odkryli, że transmisja spadła o 20% w porównaniu z transmisją przy braku impulsu pompy. Zwiększając opóźnienie między pompą a sondą, zespół ustalił, że relaksacja wody z metalu do normalnego stanu zajęła zaledwie 70 fs.

Impulsy sondy terahercowej miały długość około 1 ps, czyli znacznie dłużej niż impuls pompy i czas relaksacji wody. Umożliwiło to zespołowi zmianę kształtu przesyłanych impulsów sondy, przesuwając częstotliwości w impulsach do wyższych wartości. Trio mówi, że ten efekt zmiany częstotliwości może mieć przydatne zastosowania w eksperymentach.

Patrząc dalej w przyszłość, trio ma nadzieję, że jego badania mogą utorować drogę nowej dziedzinie „elektroniki wodnej”. Przy czasie przełączania wynoszącym zaledwie 70 fs woda jest już dwa razy szybsza niż najlepsze przełączniki półprzewodnikowe, których zmiana stanu zajmuje około 150 fs.

Badania opisano w Fotonika APL.

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• Platoblockchain. Web3 Inteligencja Metaverse. Wzmocniona wiedza. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://physicsworld.com/a/water-based-switch-outpaces-semiconductor-devices/