¿Cómo se pueden transferir o procesar grandes cantidades de datos lo más rápido posible? Una clave para esto podría ser el grafeno. El material ultrafino tiene solo una capa atómica de espesor y los electrones que contiene tienen propiedades muy especiales debido a los efectos cuánticos.Por lo tanto, podría ser muy adecuado para su uso en componentes electrónicos de alto rendimiento. Sin embargo, hasta este momento, ha habido una falta de conocimiento sobre cómo controlar adecuadamente ciertas propiedades del grafeno. Un nuevo estudio realizado por un equipo de científicos deBielefeld y Berlín, junto con investigadores de otros institutos de investigación en Alemania y España, están cambiando esto. Los hallazgos del equipo se han publicado en la revista avances científicos .
Compuesto por átomos de carbono, el grafeno es un material de solo un átomo de espesor donde los átomos están dispuestos en una red hexagonal. Esta disposición de los átomos es lo que da como resultado la propiedad única del grafeno: los electrones en este material se mueven como si no tuvieran masa.Este comportamiento "sin masa" de los electrones conduce a una conductividad eléctrica muy alta en el grafeno y, lo que es más importante, esta propiedad se mantiene a temperatura ambiente y en condiciones ambientales. Por lo tanto, el grafeno es potencialmente muy interesante para las aplicaciones de la electrónica moderna.
Recientemente se descubrió que la alta conductividad electrónica y el comportamiento "sin masa" de sus electrones permiten que el grafeno altere los componentes de frecuencia de las corrientes eléctricas que lo atraviesan. Esta propiedad depende en gran medida de la intensidad de esta corriente. En la electrónica moderna,Esta no linealidad comprende una de las funcionalidades más básicas para la conmutación y el procesamiento de señales eléctricas. Lo que hace que el grafeno sea único es que su no linealidad es, con mucho, el más fuerte de todos los materiales electrónicos. Además, funciona muy bien para frecuencias electrónicas excepcionalmente altas, que se extiende ael rango de terahercios THz tecnológicamente importante donde fallan la mayoría de los materiales electrónicos convencionales.
En su nuevo estudio, el equipo de investigadores de Alemania y España demostró que la no linealidad del grafeno se puede controlar de manera muy eficiente aplicando voltajes eléctricos comparativamente modestos al material. Para esto, los investigadores fabricaron un dispositivo parecido a un transistor, donde un voltaje de controlse podría aplicar al grafeno a través de un conjunto de contactos eléctricos. Luego, las señales de THz de frecuencia ultra alta se transmitieron utilizando el dispositivo: la transmisión y posterior transformación de estas señales se analizaron en relación con el voltaje aplicado. Los investigadores encontraron que el grafeno se vuelve casiperfectamente transparente a un cierto voltaje: su respuesta no lineal normalmente fuerte casi se desvanece. Al aumentar o disminuir ligeramente el voltaje de este valor crítico, el grafeno se puede convertir en un material fuertemente no lineal, alterando significativamente la fuerza y los componentes de frecuencia de los componentes transmitidos yemitió señales electrónicas THz.
"Este es un paso significativo hacia la implementación del grafeno en el procesamiento de señales eléctricas y aplicaciones de modulación de señales", dice el profesor Dmitry Turchinovich, físico de la Universidad de Bielefeld y uno de los directores de este estudio. "Anteriormente ya habíamos demostrado queEl grafeno es, con mucho, el material funcional más no lineal que conocemos. También entendemos la física detrás de la no linealidad, que ahora se conoce como imagen termodinámica del transporte ultrarrápido de electrones en el grafeno. Pero hasta ahora no sabíamos cómo controlar esta no linealidad, que erael eslabón perdido con respecto al uso del grafeno en las tecnologías cotidianas ".
"Al aplicar el voltaje de control al grafeno, pudimos alterar la cantidad de electrones en el material que pueden moverse libremente cuando se le aplica la señal eléctrica", explica el Dr. Hassan A. Hafez, miembro del profesor Dr.. Laboratorio de Turchinovich en Bielefeld, y uno de los autores principales del estudio. "Por un lado, cuantos más electrones puedan moverse en respuesta al campo eléctrico aplicado, más fuertes serán las corrientes, lo que debería mejorar la no linealidad. Pero por otro lado, cuantos más electrones libres estén disponibles, más fuerte será la interacción entre ellos, y esto suprime la no linealidad. Aquí demostramos, tanto experimental como teóricamente, que aplicando un voltaje externo relativamente débil de solo unos pocos voltios, las condiciones óptimaspara obtener la no linealidad de THz más fuerte en el grafeno ".
"Con este trabajo, hemos alcanzado un hito importante en el camino hacia el uso del grafeno como un material cuántico funcional no lineal extremadamente eficiente en dispositivos como convertidores de frecuencia, mezcladores y moduladores de THz", dice el profesor Dr. Michael Gensch del Institutode Optical Sensor Systems del Centro Aeroespacial Alemán DLR y la Universidad Técnica de Berlín, quien es el otro director de este estudio. "Esto es extremadamente relevante porque el grafeno es perfectamente compatible con la tecnología de semiconductores electrónicos de ultra alta frecuencia existente como CMOS oBi-CMOS. Por lo tanto, ahora es posible imaginar dispositivos híbridos en los que la señal eléctrica inicial se genere a una frecuencia más baja utilizando la tecnología de semiconductores existente, pero luego se puede convertir de manera muy eficiente a frecuencias de THz mucho más altas en el grafeno, todo en unay de manera predecible. "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Bielefeld . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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