Графен сделает будущую электронику сверхбыстрой

Новые эксперименты показывают, что единственный слой атомов углерода может преобразовывать электронные сигналы на гигагерцовых частотах в высокочастотные терагерцовые сигналы, которые могут передавать до 1000 раз больше информации в секунду.

Электромагнитные волны в терагерцовом диапазоне, как правило, трудно создать, и обычная электроника на основе кремния не справляется с такими высокочастотными сигналами. Но устройства на основе графена могли бы это делать. Такая будущая электроника будет работать намного быстрее, чем сегодняшние устройства, сообщают исследователи в издании Nature.

Физик Дмитрий Турчинович из Университета Дуйсбург-Эссен в Германии и его коллеги протестировали терагерцовое свойство графена, путем взаимодействия материала толщиной в один атом с 300-гигагерцовым излучением. Когда электромагнитные волны попали в графен, электроны в материале быстро нагревались и охлаждались, высвобождая электромагнитные волны с частотой до семи раз выше, чем входящее излучение.

Ученые использовали электромагнитные импульсы от установки TELBE с частотами от 300 до 680 гигагерц и превращали их в электромагнитные импульсы в три, пять и семь раз превышающими начальную частоту, т. е. преобразовали их в терагерцовый частотный диапазон.

«Нелинейные коэффициенты, описывающие эффективность генерации этой третьей, пятой и седьмой гармонических частот, были исключительно высокими», — объясняет эксперимент Дмитрий Турчинович. «Графен, таким образом, является, возможно, электронным материалом с самой сильной нелинейностью, известной на сегодняшний день. Хорошее согласие измеренных значений с нашей термодинамической моделью предполагает, что мы также сможем использовать его для прогнозирования свойств сверхвысокоскоростных наноэлектронных устройств, изготовленных из графена»

«Компоненты на основе графена, которые могут работать в терагерце, могут использоваться не на обычном ПК, а, возможно, на очень продвинутых компьютерах с высокой скоростью обработки», — говорят ученые. Они добавляют, что этот двухмерный материал можно использовать для создания высокоскоростных наноустройств.

H.A. Hafez et al. Extremely efficient terahertz high-harmonic generation in graphene by hot Dirac fermions. Nature. Published online September 10, 2018. doi:10.1038/s41586-018-0508-1.