مهندسی برای دستگاه های با سرعت بالا

توضیح تصویر: اگر از یک گوشی هوشمند، لپ تاپ و یا رایانه استفاده می کنید، پس شما در واقع از تحقیق در فوتونیک، که مطالعه در مورد نور است، سود می برید. این تحقیق شامل ساخت دستگاه هایی در تأسیسات نانو ساخت UD بود.
اعتبار: کتی اف آتکینسون
     

اگر از یک گوشی هوشمند، لپ تاپ و یا رایانه استفاده می کنید، پس شما در واقع از تحقیق در فوتونیک، که مطالعه در مورد نور است، سود می برید. در دانشگاه دلاور، یک تیم به رهبری Tingyi Gu، استادیار مهندسی برق و کامپیوتر، در حال توسعه تکنولوژی پیشرفته‌ای برای دستگاه های فوتونیک است که می تواند ارتباطاتی سریع تر بین دستگاه ها و در نتیجه افرادی که از آنها استفاده می کنند را فعال کند.
 
این گروه تحقیقاتی اخیراً یک دستگاه سیلیکون - گرافین را طراحی کرده است که می تواند امواج رادیویی را در کمتر از یک پیکو ثانیه در یک پهنای باند زیر تراهرتز انتقال دهد. و این یعنی سرعت زیادی برای اطلاعاتی بسیار زیاد. کار آنها در یک مقاله جدید در مجله ACS Applied Electronic Materials منتشر شده است.
 
دانشجوی فارغ التحصیل، دون مائو، اولین نویسنده این مقاله، گفت: "در این کار، ما محدودیت پهنای باند فوتونیک سیلیکون یکپارچه گرافینی را برای کاربردهای اپتو الکترونیک آینده مورد بررسی قرار دادیم."
 
سیلیکون ماده ای است که به طور طبیعی موجود و فراوان است و معمولاً به عنوان نیمه هادی در دستگاه های الکترونیکی استفاده می شود. با این حال، محققان پتانسیل استفاده از دستگاه هایی با نیمه هادی هایی که فقط از سیلیکون ساخته شده اند را به اتمام رسانده اند. این دستگاه ها توسط تحرک حامل بار در سیلیکون، که سرعتی است که با آن یک بار الکتریکی از میان ماده حرکت می کند، و گاف باند غیر مستقیم، که تحرک آن را به آزاد کردن و درآشامی نور محدود می کند، محدود می شوند.
 
در حال حاضر، تیم Gu در حال ترکیب کردن سیلیکون با ماده ای با خواص مطلوب تر، گرافین مادی دو بعدی، است. مواد دو بعدی نام خود را به این علت که آنها فقط یک لایه ی اتمی منفرد هستند به دست آورده اند. گرافین در مقایسه با سیلیکون، تحرک بار الکتریکی و گاف باند مستقیم بهتری دارد و اجازه به انتقال الکترون سریع تر و خواص الکتریکی و نوری بهتر می دهد. با ترکیب سیلیکون با گرافین، دانشمندان ممکن است قادر به ادامه استفاده از فن آوری هایی باشند که در حال حاضر با دستگاه های سیلیکون مورد استفاده قرار می گیرند - آنها فقط با ترکیب سیلیکون - گرافین سریعتر کار خواهند کرد. با ترکیب سیلیکون با گرافین، دانشمندان ممکن است قادر به ادامه استفاده از فن آوری هایی باشند که در حال حاضر با دستگاه های سیلیکون مورد استفاده قرار می گیرند - آنها فقط با ترکیب سیلیکون - گرافین سریعتر کار خواهند کرد. دانشجوی دکترا، توماس کانانن، گفت: "با توجه به خواص مواد، آیا می توانیم بیشتر از آنچه که ما با آن کار می کنیم کار کنیم؟ این چیزی است که می خواهیم بفهمیم."
 
برای ترکیب سیلیکون با گرافین، تیم از یک روش که آنها توسعه داده اند و در مقاله منتشر شده در سال 2018 در موضوع مواد و کاربرد توصیف شده است، استفاده کردند. تیم، گرافین را در یک مکان خاصِ شناخته شده با عنوان پیوندگاه p-i-n، که رابطی بین مواد است، قرار داد. با قرار دادن گرافین در پیوندگاه p-i-n، تیم ساختار را به گونه ای تنظیم کرد که پاسخ و سرعت دستگاه را بهبود می بخشد.
 
این روش قوی است و می تواند به راحتی توسط محققان دیگر مورد استفاده قرار گیرد. این فرایند روی یک ویفر 12 اینچی از مواد نازک انجام می شود و از اجزای کوچکتر از یک میلیمتر استفاده می کند. بعضی اجزای سازنده در ریخته گری تجاری ساخته شده اند. کار دیگر در تأسیسات نانو ساخت UD صورت گرفت، که مت داتی، دانشیار علوم و مهندسی مواد، مدیر آن است.
 
داتی گفت: تأسیسات نانو ساخت UD یک تسهیلات پشتیبانی شده توسط کارکنان است که کاربران را قادر به ساخت دستگاه هایی با مقیاس های طولی به اندازه 7 نانومتر، که تقریبا 10000 برابر کوچکتر از قطر موی انسان است، می کند. "UDNF، که در سال 2016 افتتاح شد، مسیرهای تحقیقاتی جدیدی را در عرصه های مختلف از اپتوالکترونیک تا زیست پزشکی و تا علم گیاهان فعال کرده است."
 
ترکیب سیلیکون و گرافین می تواند به عنوان یک آشکار سازِ نوری مورد استفاده قرار گیرد که نور را حس می کند و جریانی با پهنای باند بیشتر و زمان پاسخی کمتر از پیشنهاد های فعلی تولید می کند. همه این تحقیقات می تواند در آینده به نحوی ارزان تر و سریعتر، دستگاه های بی سیم را اضافه کند. تیانتیان لی، نخستین نویسنده مقاله مواد و کاربرد نانو تکنولوژی دو بعدی، گفت: "این می تواند شبکه را قوی تر، بهتر و ارزانتر سازد." "این یک نقطه عطف فوتونیک است."
 
در حال حاضر تیم در حال فکر کردن در مورد راه های گسترش برنامه های این مواد است. گو گفت: "ما به اجزای بیشتری بر اساس یک ساختار مشابه نگاه می کنیم."
 
این کار توسط کمک های AFOSR و ناسا تامین هزینه می شود و تیم همکاریِ بخشی با آزمایشگاه های Bell دارد.
 

دانشمندان پیشرفتی قابل توجه به سوی یک عنصر حیاتی از ساعت اتمی - دستگاه هایی که می توانند وابستگی ما به نقشه برداری ماهواره ای در آینده را کاهش دهند - با استفاده از فناوری پیشرفته پرتو لیزر حاصل کرده اند. توسعه آنها به میزان قابل توجهی کارایی لنست (که در یک ساعت سنتی مسئول شمارش است) را تا 80٪ افزایش می دهد - که این چیزی است که دانشمندان در سراسر جهان در حال رقابت برای رسیدن به آن هستند.
  

  
طراحی یک پالس در حال انتشار در تراشه.
اعتبار: آزمایشگاه EPIC، دانشگاه ساسکس
 
 در حال حاضر بریتانیا در زمینه نقشه برداری ماهواره ای، که بسیاری از ما در گوشی هایمان و در اتومبیلمان داریم، به ایالات متحده و اتحادیه اروپا وابسته است. این باعث می شود که ما نه تنها نسبت به تغییرات سیاست های بین المللی، بلکه همچنین در مورد دسترسی به سیگنال ماهواره ای آسیب پذیر باشیم. ساعت های اتمی قابل حمل بر روی یک نقشه بسیار دقیق از نقشه برداری جغرافیایی کار خواهند کرد، و دسترسی به مکان شما و مسیر برنامه ریزی شده را بدون نیاز به سیگنال ماهواره ای فراهم می سازند. با یک ساعت اتمی قابل حمل، به عنوان مثال، آمبولانس قادر خواهد بود برای دسترسی به نقشه های خود در حالی که در یک تونل است، و مسافر قادر خواهد بود مسیر خود را در حالی که در زیر زمین و یا بدون سیگنال تلفن همراه در حومه شهر است، برنامه ریزی کند. ساعت های اتمی قابل حمل بر روی یک نقشه بسیار دقیق از نقشه برداری جغرافیایی کار خواهند کرد، و دسترسی به مکان شما و مسیر برنامه ریزی شده را بدون نیاز به سیگنال ماهواره ای فراهم می سازند.
 
منبع: سایت Science Daily