Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

Krótki impuls wywołuje lawinę ekscytonów

Recommended Posts

Artykuł, opublikowany w Nature Communications przez Hidekiego Hiroriego, zapowiada przełom w budowie urządzeń wykorzystujących tranzystory. Odkrycie japońskich uczonych z Kyoto University może prowadzić do pojawienia się niezwykle szybkich tranzystorów oraz bardzo wydajnych ogniw fotowoltaicznych.

Naukowcy pracując ze standardowym arsenkiem galu zaobserwowali, że poddanie próbki działaniu krótkiego impulsu pola elektrycznego o częstotliwości przekraczającej teraherc, spowodowało pojawienie się w niej prawdziwej lawiny par elektron-dziura (ekscytonów).

Wystarczyło włączenie pojedynczego impulsu trwającego pikosekundę, by gęstość ekscytonów, w porównaniu ze stanem wyjściowym próbki, zwiększyła się 1000-krotnie.

Badania nad zastosowaniem terahercowych częstotliwości prowadzone są w laboratorium profesora Koichiro Tanaki, który chce stworzyć dzięki nim mikroskop pozwalający na obserwowanie w czasie rzeczywistym żywych komórek. Wpływ takich częstotliwości na półprzewodnik to efekt uboczny badań, pokazujący jednak, jak wielkie możliwości drzemią w terahercowych częstotliwościach.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Naukowcy z Politechniki Wrocławskiej i Uniwersytetu w Würzburgu pochwalili się na łamach Nature Communications dokonaniem przełomu na polu badań kwantowych. Po raz pierwszy w historii udało się uzyskać ekscytony w izolatorze topologicznym. W skład zespołu naukowego weszli Marcin Syperek, Paweł Holewa, Paweł Wyborski i Łukasz Dusanowski z PWr., a obok naukowców z Würzburga wspomagali ich uczeni z Uniwersytetu w Bolonii i Oldenburgu.
      Izolatory topologiczne to jednorodne materiały, które są izolatorami, ale mogą przewodzić ładunki elektryczne na swojej powierzchni, a wystąpienie przewodnictwa nie jest związane ze zmianą fazy materiału, np. z jego utlenianiem się. Pojawienie się przewodnictwa związane jest ze zjawiskami kwantowymi występującymi na powierzchni takich izolatorów. Istnienie izolatorów topologicznych zostało teoretycznie przewidziane w 1985 roku, a eksperymentalnie dowiedzione w 2007 roku właśnie na Uniwersytecie w Würzburgu.
      Dotychczasowe prace nad wykorzystaniem izolatorów topologicznych koncentrowały się wokół prób kontroli przepływu ładunków elektrycznych za pomocą napięcia. Jeśli jednak izolator był wykonany z cząstek obojętnych elektrycznie, takie podejście nie działało. Naukowcy musieli więc wymyślić coś innego. W tym wypadku tym czymś okazało się światło.
      Po raz pierwszy udało się wygenerować kwazicząstki – tak zwane ekscytony – w izolatorze topologicznym i eksperymentalnie udowodnić ich istnienie. W ten sposób uzyskaliśmy nowe narzędzie, za pomocą którego możemy – metodami optycznymi – kontrolować elektrony. Otworzyliśmy nowy kierunek badań nad izolatorami topologicznymi, mówi profesor Ralph Claessen.
      Ekscyton to kwazicząstka, która stanowi parę elektron-dziura połączoną siłami elektrostatycznymi. Uzyskaliśmy ekscytony oddziałując krótkimi impulsami światła na jednoatomową warstwę materiału, mówi profesor Claessen. Przełomowy tutaj jest fakt, że materiałem tym był izolator topologiczny. Dotychczas nie udawało się w nim uzyskać ekscytonów. W tym przypadku izolator zbudowany był z bizmutu, którego atomy ułożono w strukturę plastra miodu.
      Całość badań optycznych przeprowadzono w Laboratorium Optycznej Spektroskopii Nanostruktur Politechniki Wrocławskiej.
      Osiągnięcie to jest o tyle istotne, że od około 10 lat specjaliści badają ekscytony w dwuwymiarowych półprzewodnikach, chcąc wykorzystać je w roli nośników informacji kontrolowanych światłem. Teraz za pomocą światła uzyskaliśmy ekscytony w izolatorze topologicznym. Reakcje zachodzące pomiędzy światłem a ekscytonami mogą prowadzić do pojawienia się nowych zjawisk w takich materiałach. To zaś można będzie wykorzystać, na przykład, do uzyskiwania kubitów, wyjaśnia Claessen. Kubity, czyli kwantowe bity, to podstawowe jednostki informacji w komputerach kwantowych. Badania polsko-niemieckiego zespołu mogą więc doprowadzić do powstania nowych kontrolowanych światłem podzespołów dla komputerów kwantowych.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Od dekad tranzystory są mniejsze i mniejsze. Dzięki temu w procesorze możemy upakować ich więcej. To zaś najłatwiejszy sposób na zwiększenie wydajności procesora. Powoli zbliżamy się do momentu, w którym nie będziemy już w stanie zmniejszać długości bramki tranzystora. Niewykluczone, że Chińczycy właśnie dotarli do tej granicy.
      Prąd w tranzystorze przepływa pomiędzy źródłem a drenem. Przepływ ten kontrolowany jest przez bramkę, która przełącza się pod wpływem napięcia. Długość bramki to kluczowy czynnik decydujący o rozmiarach tranzystora.
      W ostatnich latach naukowcy zaczęli eksperymentować z nowymi materiałami, z których chcą budować elektronikę przyszłości. W obszarze ich zainteresowań jest na przykład grafen – dwuwymiarowy materiał składający się z pojedynczej warstwy atomów węgla – czy disiarczek molibdenu, czyli warstwa atomów molibdenu zamknięta między dwiema warstwami siarki.
      Teraz specjaliści z Chin wykorzystali te materiały do zbudowania rekordowo małego tranzystora. Długość jego bramki wynosi zaledwie 0,34 nanometra. To tyle, co średnica atomu węgla.
      Nowy tranzystor można porównać do dwóch schodów. Na górnym znajduje się źródło, na dolnym zaś dren. Oba zbudowane są z tytanu i palladu. Powierzchnia schodów działa jak łączący je kanał. Jest ona zbudowana w pojedynczej warstwy disiarczku molibdenu, pod którą znajduje się izolująca warstwa ditlenku hafnu. Wyższy stopień zbudowany jest z wielu warstw. Na samy dole znajduje sie warstwa grafenu, nad nią zaś aluminium pokryte tlenkiem aluminium. Jego zadaniem jest oddzielenie grafenu i disiarczku molibdenu. Jedynym miejscem ich połączenia jest widoczna na grafice niewielka szczelina w wyższym stopniu.
      Gdy bramka zostaje ustawiona w pozycji „on” jej długość wynosi zaledwie 0,34 nm. Autorzy nowego tranzystora twierdzą, że nie uda się tej odległości już bardziej zmniejszyć. Na pewno zaś próba zbudowania jeszcze mniejszych tranzystorów będzie wymagała nowatorskiego podejścia do materiałów dwuwymiarowych.
      Ze szczegółami pracy zespołu z Tsinghua University można zapoznać się na łamach Nature.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Drużyna Impuls z Politechniki Świętokrzyskiej, która zwyciężyła dwie ostatnie edycje organizowanych od 2014 r. Europejskich Zawodów Łazików Marsjańskich (ERC), wycofała się z tegorocznej rywalizacji. Dwóch członków zespołu zostało bowiem skierowanych na kwarantannę.
      Finał ERC Space and Robotics Event odbędzie się 11-13 września na terenie Politechniki Świętokrzyskiej w Kielcach. Jak podkreślono na witrynie ERC, ERC 2020 to edycja wyjątkowa – pierwsza zorganizowana w formule hybrydowej.
      W zawodach robotów marsjańskich biorą udział drużyny z całego świata. Podobnie jak University Rover Challenge, ERC należy do Rover Challenge Series, ligi najbardziej prestiżowych zawodów robotycznych na świecie. Warto przypomnieć, że w zeszłym roku łazik studentów z PŚk wygrał University Rover Challenge.
      Musieliśmy się wycofać z zawodów, bo dwóch członków ekipy, w tym i ja, miało ostatnio kontakt z osobą zarażoną koronawirusem. Istnieje bardzo duże prawdopodobieństwo, że i my zostaliśmy zarażeni tym wirusem. Zostaliśmy skierowani na kwarantannę – powiedział Kamil Borycki.
      Nie chcieliśmy ryzykować zdrowia innych członków zespołu. Co prawda teraz wszystkie konkurencje w zawodach są przeprowadzane zdalnie, ale do tej imprezy musimy się przecież przygotować. Konieczne są wspólne spotkania, a później podczas zawodów musimy podejmować wspólne decyzje. Niestety, nie jest to możliwe, bo mam obowiązkową kwarantannę do 14 września, a wtedy będzie już po zawodach.
      Członkowie zespołu Impuls podkreślają, że będą trzymać kciuki za inne drużyny, a w przyszłym roku będziemy chcieli znowu wygrać te zawody.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Ogniwo fotowoltaiczne działające w nocy? To nie pomyłka, przekonuje profesor Jeremy Munday z Wydziału Inżynierii Elektrycznej i Komputerowej Uniwersytetu Kalifornijskiego w Davis. Uczony twierdzi, że w idealnych warunkach takie ogniwo mogłoby generować po zachodzie słońca nawet 50 watów na m2. Artykuł na ten temat ogniw dostarczających prąd w nocy opublikowano na łamach ACS Photonics.
      Profesor Munday wyjaśnia, że proces generowania energii elektrycznej przez ogniwa fotowoltaiczne działające w nocy jest podobny do tradycyjnych ogniw fotowoltaicznych, ale działa odwrotnie. Obiekt, który jest cieplejszy od otoczenia wypromieniowuje ciepło w postaci podczerwieni. Standardowe ogniwo jest chłodniejsze od słońca, więc absorbuje światło.
      Jako, że przestrzeń kosmiczna jest bardzo zimna, cieplejszy od niej obiekt skierowany w jej stronę będzie wypromieniowywał ciepło. Ludzkość od setek lat wykorzystuje to zjawisko do schładzania obiektów w nocy.
      Standardowe ogniwa słoneczne absorbują światło, co prowadzi do pojawienia się przepływu prądu. W naszych urządzeniach światło jest emitowane, a prąd i napięcie biegną w przeciwnym kierunku, jednak wciąż generujemy moc. Musimy użyć innych materiałów, ale podstawy fizyczne są te same, mówi Munday.
      To samo urządzenie mogłoby też pracować za dnia, jeśli zablokuje się mu bezpośredni dostęp do światła słonecznego lub odwróci w przeciwną do słońca stronę.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Przed tygodniem w National Ignition Facility (NIF) uzyskano rekordowo silny impuls lasera. W ramach badań nad nowymi źródłami energii 192 lasery wysłały jednocześnie ultrafioletowe impulsy świetlne w kierunku centralnej komory, w której uzyskano 1,875 megadżula. Każdy z impulsów trwał 23 miliardowe części sekundy i w sumie wygenerowały one moc 411 biliardów watów (TW) czyli 1000 razy większą niż potrzebna jest do zasilenia całych Stanów Zjednoczonych.
      To ważny krok w kierunku rozpoczęcia fuzji. Podczas przygotowań do uruchomienia NIF dokonywaliśmy wielu podobnych prób, podczas których uruchamiany był jeden laser czy też zestawy po cztery. Tym razem jednak jednocześnie wystrzeliły 192 lasery - mówi Edward Moses, dyrektor NIF.
      Moc laserów NIF wynosi w sumie 2,03 MJ, jednak zanim promienie dosięgną centralnej komory ich moc nieco spada ona podczas przechodzenia przez instrumenty diagnostyczne i optykę. NIF jest zatem pierwszym ośrodkiem, w którym lasery ultrafioletowe osiągnęły moc 2 MJ. To niemal 100-krotnie więcej niż możliwości innych podobnych ośrodków.
      Podczas testu osiągnięto też bardzo dużą precyzję produkcji energii. Odchylenie nie przekraczało 1,3%. Precyzja jest niezwykle ważna, gdyż to rozkład energii pomiędzy poszczególnymi promieniami będzie decydował o symetrii implozji w kapsułach zawierających paliwo niezbędne do rozpoczęcia fuzji.
      National Ignition Facility pracuje w ramach Lawrence Livermore National Laboratory. O otwarciu zakładu oraz jego zadaniach informowaliśmy w 2009 roku.
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...