Toplumdaki ve ekonomideki dijital değişim, araştırma için büyük bir zorluk teşkil ediyor: Her zamankinden daha büyük miktarda verinin mümkün olan en kısa sürede iletilmesi ve işlenmesi gerekiyor. Alman Havacılık ve Uzay Merkezi (DLR) ve Bielefeld Üniversitesi tarafından ortaklaşa yönetilen uluslararası bir ekip, gelecekte yeni tip elektronik bileşenlerde malzeme olarak kullanılabilecek grafeni araştırdı.
Karbondan oluşan (vurgu ikinci hecededir), grafen ultra ince bir malzemedir – yalnızca bir atomik katman kalınlığındadır. İçerdiği elektronlar, kuantum etkilerinden dolayı özel özelliklere sahiptir. Bu nedenle, özellikle güçlü elektronik bileşenler için kullanılmaya çok uygun olabilir. Ancak şimdiye kadar grafiklerin belirli özelliklerinin uygun şekilde nasıl kontrol edilebileceğine dair bir bilgi eksikliği vardı. Elektronikte önemli bir işlevsellik, alternatif akımların frekanslarını akımlar içinden akarken uygun bileşenlere dönüştürebilmektir. Bu, sinyalleri işlemek için gereklidir ve cep telefonlarının ve radyoların çalışması için önemli bir temeldir. Science Advances dergisinde yayınlanan yeni bir çalışma, bu tür frekans değişikliklerinin grafiklerle elde edilip edilemeyeceğini, nasıl elde edilebileceğini, kontrol edilebileceğini ve kontrol edilebileceğini gösteriyor. Bu çalışma için DLR Optik Sensör Sistemleri Enstitüsü, Berlin Teknik Üniversitesi ve Bielefeld Üniversitesi’nden bilim adamları, Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, Katalan Nanobilim ve Nanoteknoloji Enstitüsü (ICN2) ve Bilim Enstitüsü’ndeki araştırmacılarla işbirliği yaptı. İspanya’da Fotonik Bilimler (ICFO) ve Max Planck Polimer Araştırma Enstitüsü.
Grafen özellikle terahertz aralığındaki uygulamalar için uygundur
Grafen, terahertz aralığındaki uygulamalar için yüksek bir teknolojik potansiyele sahiptir. Berlin’deki DLR Optik Sensör Sistemleri Enstitüsü’nden ve Teknik Araştırma Enstitüsü’nden çalışmanın iki liderinden biri olan Prof. Berlin Üniversitesi. “Prensipte bu, hibrit bileşenlerin tasarlanmasını mümkün kılıyor. Bunlarda, geleneksel yarı iletken bileşenler tarafından üretilen daha düşük frekanslı orijinal elektrik sinyali daha sonra verimli, kontrol edilebilir ve tahmin edilebilir bir şekilde grafen kullanılarak terahertz aralığına dönüştürülebilir.” Telekomünikasyon ve veri işlemedeki olası uygulamalara ek olarak, uzay araştırması veya dünya atmosferini araştırmak için yüksek performanslı terahertz sensörlerde de uygulamalar vardır.
Malzemeyi incelemek için araştırmacılar grafene sadece birkaç voltluk bir DC voltajı uyguladılar ve uygulanan AC akımlarının frekanslarının bu kontrol voltajının bir fonksiyonu olarak nasıl davrandığını araştırdılar. Bielefeld Üniversitesi Fizik Fakültesi’nden Prof. Gensch ile birlikte çalışmayı yürüten Prof. “Grafenin bilinen diğer tüm malzemelerden kat kat daha iyi olduğu ortaya çıktı.”
Bu avantajlar, özellikle, grafiklerin sözde frekans çoğaltma için kullanılabilmesini ve terahertz aralığında frekansların üretilebilmesini içerir. Bu frekans aralığı teknolojik olarak çok önemlidir – ancak çoğu geleneksel elektronik malzeme buna uygun değildir. Turchinovich, “Şimdiye kadar, grafenin teknolojik uygulamaları için bu frekans dönüşümlerini nasıl kontrol edeceğimize dair bilgimiz yoktu” diyor.
Voltaj, kaç elektronun hareket etmekte serbest olduğunu kontrol eder
Ancak kontrol tam olarak nasıl çalışıyor? Turchinovich’in çalışma grubundan Dr. Hassan A. Hafez, “Birkaç voltluk kontrol voltajlarıyla, grafendeki mevcut serbest elektronların sayısını tam olarak ayarlayabiliriz,” diye açıklıyor: “Bu önemlidir, çünkü en uygun çalışma noktasını ayarlamamıza izin verir. Malzemede ne kadar çok elektron serbestçe hareket ederse, frekans çoğaltma o kadar verimli çalışır. Ancak, sayı arttıkça elektronlar birbirleriyle daha fazla etkileşime girdiği için doygunluk da vardır ve bu da verimliliği azaltır.”
Karbondan oluşan (vurgu ikinci hecededir), grafen ultra ince bir malzemedir – yalnızca bir atomik katman kalınlığındadır. İçerdiği elektronlar, kuantum etkilerinden dolayı özel özelliklere sahiptir. Bu nedenle, özellikle güçlü elektronik bileşenler için kullanılmaya çok uygun olabilir. Ancak şimdiye kadar grafiklerin belirli özelliklerinin uygun şekilde nasıl kontrol edilebileceğine dair bir bilgi eksikliği vardı. Elektronikte önemli bir işlevsellik, alternatif akımların frekanslarını akımlar içinden akarken uygun bileşenlere dönüştürebilmektir. Bu, sinyalleri işlemek için gereklidir ve cep telefonlarının ve radyoların çalışması için önemli bir temeldir. Science Advances dergisinde yayınlanan yeni bir çalışma, bu tür frekans değişikliklerinin grafiklerle elde edilip edilemeyeceğini, nasıl elde edilebileceğini, kontrol edilebileceğini ve kontrol edilebileceğini gösteriyor. Bu çalışma için DLR Optik Sensör Sistemleri Enstitüsü, Berlin Teknik Üniversitesi ve Bielefeld Üniversitesi’nden bilim adamları, Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, Katalan Nanobilim ve Nanoteknoloji Enstitüsü (ICN2) ve Bilim Enstitüsü’ndeki araştırmacılarla işbirliği yaptı. İspanya’da Fotonik Bilimler (ICFO) ve Max Planck Polimer Araştırma Enstitüsü.
Grafen özellikle terahertz aralığındaki uygulamalar için uygundur
Grafen, terahertz aralığındaki uygulamalar için yüksek bir teknolojik potansiyele sahiptir. Berlin’deki DLR Optik Sensör Sistemleri Enstitüsü’nden ve Teknik Araştırma Enstitüsü’nden çalışmanın iki liderinden biri olan Prof. Berlin Üniversitesi. “Prensipte bu, hibrit bileşenlerin tasarlanmasını mümkün kılıyor. Bunlarda, geleneksel yarı iletken bileşenler tarafından üretilen daha düşük frekanslı orijinal elektrik sinyali daha sonra verimli, kontrol edilebilir ve tahmin edilebilir bir şekilde grafen kullanılarak terahertz aralığına dönüştürülebilir.” Telekomünikasyon ve veri işlemedeki olası uygulamalara ek olarak, uzay araştırması veya dünya atmosferini araştırmak için yüksek performanslı terahertz sensörlerde de uygulamalar vardır.
Malzemeyi incelemek için araştırmacılar grafene sadece birkaç voltluk bir DC voltajı uyguladılar ve uygulanan AC akımlarının frekanslarının bu kontrol voltajının bir fonksiyonu olarak nasıl davrandığını araştırdılar. Bielefeld Üniversitesi Fizik Fakültesi’nden Prof. Gensch ile birlikte çalışmayı yürüten Prof. “Grafenin bilinen diğer tüm malzemelerden kat kat daha iyi olduğu ortaya çıktı.”
Bu avantajlar, özellikle, grafiklerin sözde frekans çoğaltma için kullanılabilmesini ve terahertz aralığında frekansların üretilebilmesini içerir. Bu frekans aralığı teknolojik olarak çok önemlidir – ancak çoğu geleneksel elektronik malzeme buna uygun değildir. Turchinovich, “Şimdiye kadar, grafenin teknolojik uygulamaları için bu frekans dönüşümlerini nasıl kontrol edeceğimize dair bilgimiz yoktu” diyor.
Voltaj, kaç elektronun hareket etmekte serbest olduğunu kontrol eder
Ancak kontrol tam olarak nasıl çalışıyor? Turchinovich’in çalışma grubundan Dr. Hassan A. Hafez, “Birkaç voltluk kontrol voltajlarıyla, grafendeki mevcut serbest elektronların sayısını tam olarak ayarlayabiliriz,” diye açıklıyor: “Bu önemlidir, çünkü en uygun çalışma noktasını ayarlamamıza izin verir. Malzemede ne kadar çok elektron serbestçe hareket ederse, frekans çoğaltma o kadar verimli çalışır. Ancak, sayı arttıkça elektronlar birbirleriyle daha fazla etkileşime girdiği için doygunluk da vardır ve bu da verimliliği azaltır.”