Een mineraal dat in de jaren 1830 in Rusland werd ontdekt en bekend staat als een perovskiet, bevat een sleutel tot de volgende stap in ultrasnelle communicatie en computergebruik.

Onderzoekers van de afdelingen elektrotechniek en computertechniek, natuurkunde en astronomie van de Universiteit van Utah hebben ontdekt dat een speciaal soort perovskiet, een combinatie van een organische en anorganische verbinding die dezelfde structuur heeft als het oorspronkelijke mineraal, kan worden gelaagd op een siliciumwafel om een ​​essentieel onderdeel te creëren voor het communicatiesysteem van de toekomst. Dat systeem zou het terahertz-spectrum gebruiken, de volgende generatie communicatiebandbreedte die licht in plaats van elektriciteit gebruikt om gegevens te pendelen, waardoor gebruikers van mobiele telefoons en internet duizend keer sneller informatie kunnen overbrengen dan vandaag.

Het nieuwe onderzoek, geleid door Ajay Nahata, hoogleraar elektrotechniek en computertechniek aan de Universiteit van Utah, en natuurkunde en astronomie Distinguished Professor Valy Vardeny, werd maandag gepubliceerd, 6 november in de laatste editie van Natuurcommunicatie .

Het terahertz-bereik is een band tussen infrarood licht en radiogolven en maakt gebruik van frequenties die het bereik van 100 gigahertz tot 10, 000 gigahertz (een typische mobiele telefoon werkt op slechts 2,4 gigahertz). Wetenschappers bestuderen hoe ze deze lichtfrequenties kunnen gebruiken om gegevens te verzenden vanwege het enorme potentieel om de snelheden van apparaten zoals internetmodems of mobiele telefoons te verhogen.

Nahata en Vardeny ontdekten een belangrijk stukje van die puzzel:door een speciale vorm van meerlaags perovskiet op een siliciumwafel af te zetten, ze kunnen terahertz-golven die er doorheen gaan moduleren met behulp van een eenvoudige halogeenlamp. Het moduleren van de amplitude van terahertz-straling is belangrijk omdat het is hoe gegevens in een dergelijk communicatiesysteem zouden worden verzonden.

Eerdere pogingen om dit te doen, vereisten meestal het gebruik van een dure, krachtige laser. Wat deze demonstratie anders maakt, is dat niet alleen het lampvermogen deze modulatie mogelijk maakt, maar ook de specifieke kleur van het licht. Bijgevolg, ze kunnen verschillende perovskieten op hetzelfde siliciumsubstraat plaatsen, waar elke regio kan worden gecontroleerd door verschillende kleuren van de lamp. Dit is niet eenvoudig mogelijk bij het gebruik van conventionele halfgeleiders zoals silicium.

"Zie het als het verschil tussen iets dat binair is versus iets dat 10 stappen heeft, " Nahata legt uit wat deze nieuwe structuur kan doen. "Silicium reageert alleen op de kracht in de optische bundel, maar niet op de kleur. Het geeft je meer mogelijkheden om daadwerkelijk iets te doen, zeggen voor informatieverwerking of wat dan ook het geval kan zijn."

Dit opent niet alleen de deur om terahertz-technologieën om te zetten in een realiteit - wat resulteert in communicatiesystemen van de volgende generatie en computers die duizend keer sneller zijn - maar het proces van het in lagen aanbrengen van perovskieten op silicium is eenvoudig en goedkoop door gebruik te maken van een methode genaamd "spin gieten, " waarbij het materiaal op de siliciumwafel wordt afgezet door de wafel te draaien en de centrifugaalkracht de perovskiet gelijkmatig te laten verspreiden.

Vardeny zegt dat het unieke aan het type perovskiet dat ze gebruiken, is dat het zowel een anorganisch materiaal is als steen, maar ook organisch zoals een plastic. waardoor het gemakkelijk op silicium kan worden afgezet en tegelijkertijd de optische eigenschappen heeft die nodig zijn om dit proces mogelijk te maken.

"Het is een mismatch, "zei hij. "Wat wij een 'hybride' noemen."

Nahata zegt dat het waarschijnlijk nog minstens 10 jaar duurt voordat terahertz-technologie voor communicatie en computergebruik wordt gebruikt in commerciële producten. maar dit nieuwe onderzoek is een belangrijke mijlpaal om daar te komen.

"Deze basiscapaciteit is een belangrijke stap op weg naar een volwaardig communicatiesysteem, " zegt Nahata. "Als je wilt gaan van wat je vandaag doet met een modem en standaard draadloze communicatie, en ga dan duizend keer sneller, je zult de technologie drastisch moeten veranderen."