Nanoelektroniikka terahertsien nopeuksiin

Grafeenin - yhden hiiliatomin kerros hiiliatomeja - tiedetään olevan erittäin hyvä sähköjohde mutta sen johtavuus heikkenee erittäin nopeissa sähkökentissä. Miksi näin tapahtuu, on ollut epäselvää?

Ryhmä tiedemiehiä Max Planck-instituutin Polymer Research (MPI-P) tutkimuslaitoksesta havaitsivat, että grafeenin sähköistä johtumista pikosekuntien nopeuksissa säätelevät samat lait, jotka kuvaavat kaasujen lämpöominaisuuksia.

Tutkijat osoittivat, että grafeenissa varausten kulku ultranopeassa toiminnassa määrittyy yksinkertaisella termodynaamisella tasapainolla, jota ylläpitää grafeenissa elektronisen järjestelmän toimiessa kuin termalisoitunut elektronikaasu.

Tämän paljon yksinkertaisemman lähestymistavan avulla tutkijat ja insinöörit paitsi ymmärtävät aihetta paremmin, mutta voivat myös parantaa grafeeni-pohjaisten nanoelektronisten rakenteiden suorituskykyä.

Tutkijat havaitsivat, että grafeenin läpi kulkevan ultranopeiden sähkövirtojen energia muuttuu erittäin tehokkaasti elektroni lämmöksi, saaden grafeenin elektronit käyttäytymään aivan kuin kuuma kaasu.

"Lämpö jakautuu tasaisesti kaikkiin elektroneihin. Ja läpi kulkevan virran aiheuttamalla elektronien lämpötilan nousulla on puolestaan vahva vaikutus grafeenin sähköjohtavuuteen", toteaa professori Mischa Bonn tutkimuslaitoksensa tiedotteessa.

Näin yksinkertainen termodynamiikka auttaa määrittämään ultranopeiden grafeenisten transistorien ja valoilmaisimien suorituskykyä

Jatkuvasti kasvava tietoliikenteen kaistanleveys edellyttää yhä nopeampia elektronisia laitteita, ajaen niiden vasteajat niinkin lyhyiksi kuin pikosekunteihin.