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Plasmon グラフェンチップ

30.06.2013

マサチューセッツ工科大学の物理学者は、グラフェンと強誘電体材料の組み合わせを使用して、プラズモン波を制御できる電子回路を作成しました。科学者の実験は、非常に高い動作周波数を備え、同時に最新のコンピューターチップよりもさらに小型化されたコンピューティングデバイスを作成する基本的な可能性を示しています。

デバイスの基本原理はプラズモンの使用に基づいています: 物理学者がプラズマの挙動を説明する疑似粒子です。この研究の文脈では、プラズマは白熱イオン化ガスとしてではなく、荷電電子ガス粒子の集まりとして非常に正確に説明できるグラフェンに分散された電荷キャリアとして理解されます。この電子ガスでは、特定のエネルギーを運ぶ振動が発生します。振動のエネルギーは、量子力学の法則に従って量子化され、プラズモンと呼ばれる振動の量子です。

プラズモンは、物質の光学特性の予測と計算などを可能にするため、固体物理学において重要な役割を果たします。しかし、MITの研究者グループはこれには興味がありませんでしたが、プラズモンを制御する能力、つまりプラズモン波を適切な場所に向ける能力に興味を持っていました。このような制御は、理論モデルを再びテストするだけでなく、プラズモン波が今日使用されている電子技術の電磁振動よりもはるかに高い周波数を持つ可能性があるため、重要です。典型的な中央処理装置が数百メガヘルツから数ギガヘルツの周波数で動作する場合、科学者の実験におけるプラズモン波は、数テラヘルツ、数千ギガヘルツのマークに到達する基本的な可能性を示しています。

研究者によると、グラフェンと強誘電体という XNUMX つの材料を組み合わせることで、プラズモンを制御することができました。グラフェンは XNUMX 炭素原子の厚さの平らなシートであり、強誘電体または強誘電体は、電界の影響下で帯電し、外部電界が除去された後も電荷を保持できる物質です。ニオブ酸リチウムの XNUMX つのプレートの間にグラフェンシートを配置することにより、物理学者は、強誘電体の荷電部分から導波路の境界を形成した後、プラズモン波を必要な方向に向けることができました。

実験によると、このような導波路間の距離は 20 ナノメートル以下にすることができ、この場合、プラズモン振動は互いに歪みません。研究者は、彼らの研究が、この方法の産業的実施への道を開くものではないとしても、少なくともグラフェンと強誘電体を使った実験の継続への道を開くと信じています。光がプラズモニック振動を引き起こすオプトエレクトロニクスデバイスと科学者が呼ぶ可能性のあるアプリケーションの XNUMX つ: 予備的な見積もりでは、この種の最新のコンバーターよりもはるかにコンパクトになることが示唆されています。さらに、この開発は、強誘電体記憶装置から情報を読み書きするための高速システムの作成に役立ちます。理論的には、作業速度は現在の速度を数千倍超える可能性があります。

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