Viini Tehnikaülikooli teadlastel õnnestus pooljuhtkiibi sisse ehitada grafeenist fotodetektor.
Valgussignaal saabub vasakult. Selle võtab vastu 2 mikromeetri laiune grafeenleht, milles toimub signaali muundamine.
Enamik kaasaja informatsioonist vahetub valgusega, näiteks üle-ookeanilistes optilistes kaablites. Arvutikiibid aga töötavad elektrisignaalidel, mis tähendab, et kusagil infoahelas tuleb teha ümberlülitus optiliselt signaalilt elektrilisele. Viini töörühmal õnnestus maailmas esmakordselt ehitada standardsesse ränikiipi grafeenist fotodetektor, mis suudab muundada mistahes laiatarbe sagedusala optilist signaali. Tööd kirjeldav artikkel avaldati ajakirjas Nature Photonics.
Grafeenile on avastamisest saadik pandud suuri lootusi nii tööstuses kui teaduses. Materjal koosneb kärgjalt organiseeritud süsiniku aatomite kihist ning evib ainulaadseid mehaanilisi ning elektrilisi omadusi. Kaks aastat tagasi näitas Viini Tehnikaülikooli Fotoonikainstituudi teadlane Thomas Müller, et grafeen sobib valgussignaalide töötlemiseks iseäranis hästi. „Valgussignaalide muundamiseks sobib palju materjale, ent grafeen teeb seda konkurentidest oluliselt kiiremini,“ ütles Müller. Sestap sobib grafeen ka suurte andmemahtude töötlemiseks.
Enne kiibistamist kulus grafeeni uurimis- ja arendustöösse palju vaeva. Seejuures tegi Viini töörühm koostööd Austria Johannes Kepleeri Ülikooliga.
„Valgussignaali kannab grafeenini ligikaudu 200 x 500 nanomeetri suurune kitsas lainejuht. Grafeenis muundub valgus elektriliseks signaaliks, mida saab kiibi ülejäänud elektroonikaga töödelda,“ seletas Müller.
Püüdeid fotodetektorit kiipi integreerida on olnud teisigi. Grafeeni asemel on kasutatud näiteks germaaniumi. Ent asematerjalid on muundamisprotsessis aeglasemad ning töötavad vaid kindlates sagedusalades. Viini töörühmal õnnestus näidata, et nende kiip saab hakkama kõigi telekommunikatsioonis kasutatavate sagedusaladega.
Grafeenist fotodetektor on kiire ja väike. 1 cm2 suurusele kiibile saab paigutada kuni 20000 detektorit, mis tähendab, et vähemalt teoorias võib kiibil olla 20000 optilist sisendkanalit.
„Lisaks pikamaa-andmesidele on uus muundurtehnoloogia üha olulisem ka arvutisiseses suhtluses,“ lisas Müller. Näiteks arvutiklastrite tuumade andmesides tuleb sageli vahetada väga suuri andmehulkasid. Grafeenist muunduri kiirus ja kompaktsus võimaldab andmevahetuse aega oluliselt vähendada, seejuures tarbib see vähem energiat.
Allikas: Phys.org
Leave a Reply