Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Một nhóm nghiên cứu từ Đại học Delwar đã phát triển công nghệ tiên tiến cho các thiết bị quang tử có thể cho phép liên lạc nhanh hơn giữa điện thoại và máy tính.
Nếu bạn sử dụng điện thoại thông minh, máy tính xách tay hoặc máy tính bảng, thì bạn được hưởng lợi từ nghiên cứu về quang tử, nghiên cứu về ánh sáng. Tại Đại học Delwar, một nhóm do Tingyi Gu, giáo sư trợ lý kỹ thuật điện và máy tính, đang phát triển công nghệ tiên tiến cho các thiết bị quang tử có thể cho phép liên lạc nhanh hơn giữa các thiết bị và do đó, những người sử dụng chúng.
Nhóm nghiên cứu gần đây đã thiết kế một thiết bị silicon-graphene có thể truyền sóng tần số vô tuyến trong chưa đầy một pico giây ở băng thông dưới terahertz – đó là rất nhiều thông tin, nhanh chóng. Công việc của họ được mô tả trong một bài báo mới được công bố trên tạp chí ACS Ứng dụng Vật liệu điện tử .
“Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã khám phá giới hạn băng thông của quang tử silicon tích hợp graphene cho các ứng dụng quang điện tử trong tương lai,” sinh viên tốt nghiệp Dun Mao, tác giả đầu tiên của bài báo cho biết.
Silicon là một vật liệu dồi dào, tự nhiên thường được sử dụng làm chất bán dẫn trong các thiết bị điện tử. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu đã cạn kiệt tiềm năng của các thiết bị chỉ có chất bán dẫn được làm từ silicon. Các thiết bị này bị giới hạn bởi tính di động của chất mang silicon, tốc độ mà điện tích di chuyển qua vật liệu và băng thông gián tiếp, làm hạn chế khả năng giải phóng và hấp thụ ánh sáng của nó.
Bây giờ, nhóm của Gu đang kết hợp silicon với một vật liệu có các đặc tính thuận lợi hơn, đó là graphene vật liệu 2D. Vật liệu 2D có được tên của chúng vì chúng chỉ là một lớp nguyên tử. So với silicon, graphene có tính di động tốt hơn và băng thông trực tiếp tốt hơn nên cho phép truyền electron nhanh hơn với các tính chất điện và quang tốt hơn. Bằng cách kết hợp silicon với graphene, các nhà khoa học có thể tiếp tục sử dụng các công nghệ đã được sử dụng với các thiết bị silicon – chúng sẽ hoạt động nhanh hơn với sự kết hợp silicon-graphene.
“Nhìn vào các tính chất vật liệu, chúng ta có thể làm nhiều hơn những gì chúng ta đang làm việc không? Đó là những gì chúng ta muốn tìm ra”, tiến sĩ Thomas Kananen nói.
Để kết hợp silicon với graphene, nhóm nghiên cứu đã sử dụng một phương pháp mà họ đã phát triển và mô tả trong một bài báo xuất bản năm 2018 trong Ứng dụng và Vật liệu 2D npj. Nhóm nghiên cứu đã đặt graphene ở một vị trí đặc biệt được gọi là điểm nối pin, giao diện giữa các vật liệu. Bằng cách đặt graphene ở vị trí tiếp giáp, nhóm đã tối ưu hóa cấu trúc theo cách cải thiện khả năng phản hồi và tốc độ của thiết bị.
Phương pháp này mạnh mẽ và có thể dễ dàng áp dụng bởi các nhà nghiên cứu khác. Quá trình này diễn ra trên một tấm wafer 12 inch bằng vật liệu mỏng và sử dụng các bộ phận nhỏ hơn mỗi milimet. Một số thành phần đã được thực hiện tại một xưởng đúc thương mại. Các công việc khác diễn ra tại Cơ sở sản xuất nano của UD, trong đó Matt Doty, phó giáo sư khoa học vật liệu và kỹ thuật làm giám đốc.
“Cơ sở sản xuất sợi UD (UDNF) là một cơ sở hỗ trợ nhân viên cho phép người dùng chế tạo các thiết bị có kích thước nhỏ tới 7nm, nhỏ hơn khoảng 10.000 lần so với đường kính của tóc người”, Doty nói. “UDNF, được khai trương vào năm 2016, đã cho phép các hướng nghiên cứu mới trong các lĩnh vực từ quang điện tử đến y sinh học đến khoa học thực vật.”
Sự kết hợp giữa silicon và graphene có thể được sử dụng như một bộ tách sóng quang, cảm nhận ánh sáng và tạo ra dòng điện, với nhiều băng thông hơn và thời gian đáp ứng thấp hơn so với các sản phẩm hiện tại. Tất cả các nghiên cứu này có thể thêm vào các thiết bị không dây nhanh hơn, rẻ hơn trong tương lai. “Nó có thể làm cho mạng mạnh hơn, tốt hơn và rẻ hơn”, cộng tác viên sau tiến sĩ và là tác giả đầu tiên của bài viết Ứng dụng và Vật liệu 2D npj, Tiantian Li nói. “Đó là một điểm quan trọng của quang tử.”
Bây giờ nhóm đang suy nghĩ về cách mở rộng các ứng dụng của vật liệu này. “Chúng tôi đang xem xét nhiều thành phần hơn dựa trên một cấu trúc tương tự,” Gu nói.
Công việc này được tài trợ bởi các khoản tài trợ từ AFOSR và NASA và nhóm đã hợp tác một phần với Bell Labs.
Nguồn tin tức:
Tài liệu được cung cấp bởi Đại học Delwar . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :