Het nieuwe materiaal grafeen maakt snellere elektronica mogelijk. Wetenschappers van de faculteit Elektrotechniek en Informatietechnologie van de Technische Universiteit Wenen (TU Wenen) ontwikkelden lichtdetectoren van grafeen en analyseerden hun verbazingwekkende eigenschappen.

Hoge verwachtingen zijn gevestigd op dit nieuwe materiaal:grafeen, een honingraatachtige koolstofstructuur, gemaakt van slechts één laag atomen, vertoont opmerkelijke eigenschappen. In 2010, de Nobelprijs werd toegekend voor de ontdekking van grafeen en zijn gedrag. Aan het Photonics Institute van de TU Wenen, de elektronische en optische eigenschappen van grafeen staan ​​centraal. Weense wetenschappers konden nu aantonen hoe opmerkelijk snel grafeen lichtpulsen omzet in elektrische signalen. Dit zou de datumuitwisseling tussen computers aanzienlijk kunnen verbeteren.

Licht omzetten in elektrische signalen

Wanneer gegevens worden verzonden door lichtpulsen (bijvoorbeeld in glasvezelkabels), moeten de pulsen weer worden omgezet in elektrische signalen, die door een computer kan worden verwerkt. Deze omzetting van licht in elektrische stroom is mogelijk dankzij het foto-elektrisch effect, die oorspronkelijk werd uitgelegd door Albert Einstein. Bij bepaalde materialen licht kan ervoor zorgen dat elektronen hun posities verlaten en vrij door het materiaal reizen, waardoor elektrische stroom ontstaat. “Lichtdetectoren die licht omzetten in elektronische signalen bestaan ​​al heel lang. Maar als ze van grafeen zijn gemaakt, ze reageren sneller dan de meeste andere materialen zouden kunnen”, Alexander Urich legt uit. Samen met Thomas Müller en professor Karl Unterrainer van de TU Wenen onderzocht hij de optische en elektronische eigenschappen van grafeen.

Analyse met behulp van ultrakorte laserpulsen

De wetenschappers hadden vorig jaar al aangetoond dat grafeen licht met opmerkelijke snelheid kan omzetten in elektronische signalen. Echter, de reactietijd van het materiaal kon niet worden bepaald - het foto-elektrische effect in grafeen is zo snel dat het gewoon niet kan worden gemeten met de gebruikelijke meetmethoden. Maar nu, geavanceerde technologische trucs zouden enig licht kunnen werpen op de eigenschappen van grafeen. Aan de TU Wenen, laserpulsen werden snel achter elkaar afgevuurd op de grafeenfotodetector, en de resulterende fotostroom werd gemeten. Als de tijdsvertraging tussen de laserpulsen wordt gewijzigd, de maximale frequentie van de detector kan worden bepaald. “Met deze methode konden we aantonen dat onze detectoren gebruikt kunnen worden tot een frequentie van 262 GHz”, Thomas Müller (TU Wenen) zegt. Dit komt overeen met een theoretische bovengrens voor gegevensoverdracht met behulp van grafeen-fotodetectoren van meer dan 30 gigabyte per seconde. In hoeverre dit technisch haalbaar is, moet nog worden vastgesteld. maar dit resultaat toont duidelijk het opmerkelijke vermogen van grafeen en zijn potentieel voor opto-elektronische toepassingen.

Snelle signalen voor snelle elektronica

De belangrijkste reden voor het feit dat grafeen-fotodetectoren op zulke hoge frequenties kunnen werken, is de korte levensduur van de ladingsdragers in grafeen. De elektronen die van hun vaste positie worden verwijderd en bijdragen aan de elektrische stroom, bezinken na enkele picoseconden (miljoensten van een miljardste van een seconde, 10 ^-12 seconden). Zodra dit gebeurt, de grafeen-fotodetector is klaar voor een ander lichtsignaal dat nieuwe elektronen vrijmaakt, het volgende elektrische signaal creëren.

De snelle reactietijd van grafeen is nog een item op de lijst met opmerkelijke eigenschappen van dit materiaal. in grafeen, ladingdragers kunnen ongestoord extreem ver reizen. Het kan licht absorberen in een enorm spectraal bereik, van infrarood naar zichtbaar licht – in tegenstelling tot standaard halfgeleiders, die slechts een klein deel van het spectrum kan absorberen. Naast dit, grafeen kan warmte extreem goed geleiden en heeft een uitzonderlijk hoge breeksterkte.