Grafen umožní taktovat procesory na terahertzových frekvencích  
Průlomový experiment německých „ultrarychlých“ fyziků poprvé přímo prokázal elektronickou nelinearitu grafenu. Výzkum otevírá dveře extrémně rychlé grafenové nanoelektronice.
Grafen konvertuje elektronické signály z gigahertzových frekvencí na terahertzové. Kredit: Juniks/HZDR.
Grafen konvertuje elektronické signály z gigahertzových frekvencí na terahertzové. Kredit: Juniks/HZDR.

Grafen, extrémně tenký materiál z jediné vrstvy atomů uhlíku, přináší úžasné přísliby budoucích technologií. Mimo jiné se s ním počítá pro nanoelektroniku. Teorie praví, že by grafen měl umožnit taktovat procesory až tisíckrát rychleji než to dovoluje soudobá křemíková elektronika. Vědci teď poprvé doložili, že grafen skutečně dokáže velmi efektivně konvertovat elektronické signály o gigahertzových frekvencích, což odpovídá dnešním procesorům, na signály o několikanásobně vyšších frekvencích. Jejich výzkum právě publikoval časopis Nature.

 

Michael Gensch. Kredit: HZDR.
Michael Gensch. Kredit: HZDR.

Komponenty soudobé křemíkové elektroniky běží na taktovacích frekvencích několika gigahertz. To znamená, že se takové komponenty přepínají několik miliardkrát za sekundu. Elektronický průmysl míří výš a snaží se dosáhnout do oblasti terahertzových frekvencí. Vše nasvědčuje tomu, že by jim v tom mohl pomoci právě grafen, který je skvěle elektricky vodivý a zároveň kompatibilní s existujícími elektronickými technologiemi. Teorie již před časem předpověděly, že grafen by měl být velmi účinným nelineárním elektronickým materiálem, čili že by měl velmi efektivně překlápět elektromagnetické signály na signály o mnohem vyšších frekvencích. Zřejmě je dokonce nejvíce nelineárním známým elektronickým materiálem vůbec. Nicméně, veškeré experimenty, které se během uplynulého desetiletí zmíněný jev snažily u grafenu prokázat, doposud vyšly naprázdno.

 

Zdroje terahertzového záření TELBE. Kredit: HZDR/F. Bierstedt.
Zdroje terahertzového záření TELBE. Kredit: HZDR/F. Bierstedt.

Až teď si tenhle skalp přibili na zeď němečtí vědci z Helmholtz Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), Universität Duisburg-Essen (UDE) a Max-Planck-Institut für Polymerforschung (MPI-P). Jeden z vedoucích výzkumu Michael Gensch a jeho kolegové poskytli první přímý důkaz, že grafen skutečně konvertuje gigahertzové signály na terahertzové, a to s velmi slušnou účinností. Kromě tohoto rovněž zmíněné procesy popsali pomocí jednoduchého modelu, založeného na termodynamice.

 

Jde o průlomový experiment, který otevírá dveře výzkumu a vývoji ultrarychlé grafenové nanoelektroniky. Zásadní prý bylo, když se vědci, nepříliš úspěšně několik let studující základní fyzikální mechanismy elektronické nelinearity grafenu, dostali k novému zdroji terahertzového záření TELBE (High-Field High-Repetition-Rate Terahertz facility), které teď mají v centru Helmholtz Zentrum Dresden-Rossendorf.


Gensch a spol. rovněž využili lstivý trik. Použili grafen, který obsahuje množství volných elektronů. Takové elektrony se tam dostanou kvůli interakci se substrátem, na němž grafen spočívá, i s ovzduším. Když jsou takové „mobilní“ elektrony excitovány oscilujícím elektrickým polem, tak rychle předávají energii ostatním elektronům v grafenu. Pak společně fungují podobně jako ohřátá kapalina. Z elektronické „kapaliny“ grafenu v normálním stavu se tak stane elektronická „pára“. Změna fáze elektronické kapaliny v grafenu na „plynnou“ fázi proběhne neuvěřitelně rychle, za pouhé biliontiny sekundy. Přitom způsobí rychlé a zároveň výrazné změny ve vodivosti grafenu, v němž se taková záležitost odehraje. Právě tohle je přitom klíčový jev, který se v grafenu podílí na překlopení gigahertzového záření na záření terahertzové.

Literatura
Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf 10. 9. 2018, Nature online 10. 9. 2018.

Datum: 12.09.2018
Tisk článku

Související články:

DNA jako šablona pro součástky grafenové elektroniky     Autor: Stanislav Mihulka (08.09.2013)
Grafenové nanosíto udělá z mořské vody pitnou     Autor: Stanislav Mihulka (04.04.2017)
Jeden svět nestačí: Podivuhodný grafen míří do vesmíru     Autor: Stanislav Mihulka (18.12.2017)



Diskuze:




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni


















Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace