Перемикач на водяній основі випереджає напівпровідникові пристрої

Тріо фізиків у Німеччині розробило керований лазером перемикач на водяній основі, який працює вдвічі швидше, ніж існуючі напівпровідникові перемикачі. Адріан Бухман, Клаудіус Гоберг, Фабіо Новеллі в Рурському університеті Бохума використали ультракороткий лазерний імпульс для створення тимчасового металоподібного стану в струмені рідкої води. Це змінило передачу терагерцових імпульсів протягом десятків фемтосекунд.

Оскільки новітні напівпровідникові перемикачі наближаються до фундаментальних верхніх меж швидкості їх роботи, дослідники шукають швидші способи перемикання сигналів. Одне несподіване місце, де можна знайти натхнення, — дивна поведінка води в екстремальних умовах — таких, як глибоко всередині планет-крижаних гігантів або створених потужними лазерами.

Моделювання молекулярної динаміки показує, що вода переходить у металевий стан при тиску 300 ГПа та температурі 7000 К. Хоча таких умов немає на Землі, можливо, цей стан впливає на магнітні поля Урана та Нептуна. Щоб вивчити цей ефект ближче до дому, нещодавні експерименти використовували потужні ультракороткі лазерні імпульси для запуску фотоіонізації у розчинах на водній основі, створюючи швидкоплинні стани, схожі на метал.

Струмінь рідини

У дослідженні тріо в Бохумі пускало лазерні імпульси в розчин йодиду натрію на водній основі. Розчин розпилювався зі спеціалізованої форсунки, яка сплющувала струмінь рідини в мікронний лист. Під впливом інтенсивного оптичного лазерного імпульсу, який тривав 50 фс, електрони йодид-іонів збуджуються в зоні провідності рідкої води. Цей імпульс «накачування» змушує воду поводитися як метал, принаймні тимчасово.

Вода виявляється електрично мертвою на інтерфейсі

У такому металоподібному стані оптичні властивості води тимчасово змінюються. Щоб виявити цю зміну, Бухман, Хоберг і Новеллі випустили на воду «зондовий» імпульс терагерцового випромінювання та виміряли, яка частина зондового імпульсу пройшла через воду. Коли імпульси накачування та датчика накладалися з нульовою затримкою, вони виявили, що передача впала на 20% порівняно з передачею за відсутності імпульсу накачування. Збільшивши затримку між насосом і зондом, команда визначила, що воді потрібно лише 70 фс, щоб відпочити від металу до нормального стану.

Імпульси терагерцового датчика мали тривалість близько 1 пс, що значно довше, ніж імпульс накачування та час релаксації води. Це дозволило команді змінити форму переданих зондуючих імпульсів, зсуваючи частоти в імпульсах до вищих значень. Тріо каже, що цей ефект зміни частоти може мати корисне застосування в експериментах.

Дивлячись у майбутнє, тріо сподівається, що його дослідження може прокласти шлях до нової галузі «водної електроніки». З часом перемикання всього 70 фс вода вже вдвічі швидша за найкращі напівпровідникові комутатори, яким для зміни стану потрібно приблизно 150 фс.

Дослідження описано в APL Photonics.

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• Платоблокчейн. Web3 Metaverse Intelligence. Розширені знання. Доступ тут.
• джерело: https://physicsworld.com/a/water-based-switch-outpaces-semiconductor-devices/