Water-based Switch Outpaces Semiconductor Devices

Ponovno objavil Platon

Spremljevalci: 0

Vodni curek — **Na tarči** Voda se razprši skozi posebej razvito šobo, nato pa skozi njo preide laserski impulz, da ustvari stikalo. (Z dovoljenjem: Adrian Buchmann)

Trio fizikov v Nemčiji je razvil lasersko krmiljeno stikalo na vodni osnovi, ki deluje dvakrat hitreje kot obstoječa polprevodniška stikala. Adrian Buchmann, Claudius Hoberg, Fabio Novelli na Univerzi Ruhr Bochum je z ultrakratkim laserskim impulzom ustvaril začasno stanje, podobno kovini, v curku tekoče vode. To je spremenilo prenos teraherčnih impulzov v časovnih okvirih le desetin femtosekund.

Z najnovejšimi polprevodniškimi stikali, ki se približujejo temeljnim zgornjim mejam, kako hitro lahko delujejo, raziskovalci iščejo hitrejše načine preklapljanja signalov. Eno nepričakovano mesto za iskanje navdiha je nenavadno obnašanje vode v ekstremnih razmerah – kot so tiste globoko v ledenih planetih velikanih ali ki jih ustvarjajo močni laserji.

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.

Tekoči curek

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.

Izkaže se, da je voda na vmesnikih električno mrtva

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.

Teraherčni impulzi sonde so bili dolgi približno 1 ps, kar je bistveno dlje od impulza črpalke in časa relaksacije vode. To je ekipi omogočilo, da je spremenila oblike oddanih impulzov sonde, pri čemer je frekvence v impulzih premaknila na višje vrednosti. Trio pravi, da bi ta učinek spreminjanja frekvence lahko imel koristne aplikacije v poskusih.

Če pogledamo dlje v prihodnost, trio upa, da bi lahko njegove raziskave utrle pot novemu področju "vodne elektronike". S preklopnim časom le 70 fs je voda že dvakrat hitrejša od najboljših polprevodniških stikal, ki za spremembo stanja potrebujejo približno 150 fs.

Raziskava je opisana v APL Photonics.