Comutatorul pe bază de apă depășește dispozitivele semiconductoare

Un întrerupător pe bază de apă controlat cu laser care funcționează de două ori mai repede decât comutatoarele semiconductoare existente a fost dezvoltat de un trio de fizicieni din Germania. Adrian Buchmann, Claudius Hoberg, Fabio Novelli de la Universitatea Ruhr, Bochum, a folosit un impuls laser ultrascurt pentru a crea o stare temporară asemănătoare metalului într-un jet de apă lichidă. Acest lucru a modificat transmisia impulsurilor terahertzi pe intervale de timp de doar zeci de femtosecunde.

Cu cele mai recente comutatoare pe bază de semiconductori care se apropie de limitele superioare fundamentale ale cât de repede pot funcționa, cercetătorii caută modalități mai rapide de comutare a semnalelor. Un loc neașteptat în care să cauți inspirație este comportamentul curios al apei în condiții extreme – precum cele din adâncurile planetelor gigantice de gheață sau create de lasere puternice.

Molecular dynamics simulations suggest water enters a metallic state at pressures of 300 GPa and temperatures of 7000 K. While such conditions do not occur on Earth, it is possible that this state contributes to the magnetic fields of Uranus and Neptune. To study this effect closer to home, recent experiments have used powerful, ultrashort laser pulses to trigger photo-ionization in water-based solutions – creating fleeting, metal-like states.

Jet de lichid

In the study, the trio in Bochum fired laser pulses at a water-based solution of sodium iodide. The solution was sprayed from a specialized nozzle, which flattened the liquid jet into a micron-thick sheet. When subjected to an intense optical laser pulse that lasted for 50 fs, electrons from the iodide ions become excited into the conduction band of the liquid water. This “pump” pulse makes the water behave like a metal, at least temporarily.

Apa se dovedește a fi moartă electric la interfețe

While in this metal-like state, the water’s optical properties are temporarily altered. To detect this change Buchmann, Hoberg and Novelli fired a “probe” pulse of terahertz radiation at the water and measured how much of the probe pulse was transmitted though the water. When the pump and probe pulses overlapped with zero delay, they found that the transmission fell by 20% compared to transmission in the absence of a pump pulse. By increasing the delay between the pump and probe, the team determined that it took just 70 fs for the water to relax from a metal to its normal state.

Impulsurile sondei terahertzi au avut o lungime de aproximativ 1 ps, ceea ce este semnificativ mai lung decât pulsul pompei și timpul de relaxare al apei. Acest lucru a permis echipei să schimbe formele impulsurilor sondei transmise, schimbând frecvențele din impulsuri la valori mai mari. Trio-ul spune că acest efect de schimbare a frecvenței ar putea avea aplicații utile în experimente.

Privind mai departe în viitor, trio-ul speră că cercetările sale ar putea deschide calea pentru un nou domeniu de „electronica apei”. Cu un timp de comutare de doar 70 fs, apa este deja de două ori mai rapidă decât cele mai bune comutatoare cu semiconductor, care necesită aproximativ 150 fs pentru a schimba starea.

Cercetarea este descrisă în Fotonica APL.

• Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
• Sursa: https://physicsworld.com/a/water-based-switch-outpaces-semiconductor-devices/