کنترل نیمه رساناها با نور ممکن شد

پژوهشگران آلمانی روشی را کشف کرده‌اند که به‌جای استفاده از سیگنال‌های الکتریکی سنتی از پالس‌های فوق‌ کوتاه نور تراهرتز برای کنترل نیمه‌ رساناهایی با ضخامت چند اتم استفاده می‌کند.

به گزارش قطره به نقل از اینترستینگ انجینرینگ، محققان موفق به توسعه فناوری جدیدی شده‌اند که می‌تواند تولید قطعات الکترونیکی مانند ترانزیستورها و حسگرهایی را ممکن کند که هزاران برابر سریع‌تر عمل می‌کنند و به جای استفاده از سیم‌ها یا تجهیزات الکترونیکی کند، با نور کنترل می‌شوند. در این روش از نور تراهرتز استفاده شده است؛ نوعی از اشعه الکترومغناطیسی که بین مادون‌قرمز و مایکروویو قرار دارد.

پژوهشگران می‌گویند این نوع نور بسیار سریع است و قادر است مواد را به شیوه‌هایی تحریک کند که الکترونیک معمولی قادر به انجام آن نیست. یکی از اجزای کلیدی این فناوری، نانوآنتن‌هایی هستند که ساختارهای بسیار کوچک و ترکیبی از ابعاد سه‌بعدی و دوبعدی دارند. این نانوآنتن‌ها به گونه‌ای طراحی شده‌اند که نور تراهرتز را جذب و آن را مستقیماً به میدان‌های الکتریکی عمودی درون نیمه‌رسانا تبدیل می‌کنند.

میدان‌های الکتریکی ایجادشده با این روش بسیار قدرتمند و سریع هستند، اما مهم‌ترین کشف در نیمه‌رساناهای بسیار نازک با ضخامت چند اتم رخ داده است. موادی مانند مولیبدن دی‌سولفید (MoS₂) که تنها چند اتم ضخامت دارند، در حال حاضر برای استفاده در ابزارهای الکترونیکی فوق‌باریک، نمایشگرها و سلول‌های خورشیدی مورد بررسی هستند.

معمولاً برای تغییر رفتار یک نیمه‌هادی، مانند روشن یا خاموش کردن ترانزیستور، ولتاژ از طریق مدارهای سنتی اعمال می‌شود. این روش محدودیت سرعتی در حد امواج مایکروویو دارد و به قطعات الکترونیکی حجیم نیازمند است.

روش جدید از نور برای سوییچینگ استفاده می‌کند که سرعت آن در محدوده فمتوثانیه تا پیکوثانیه (یک تریلیونیوم ثانیه) است. همچنین این روش بدون تماس فیزیکی انجام می‌شود و نیازی به اتصالات مانند سیم‌ها ندارد. این ویژگی‌ها باعث می‌شود فناوری هم انرژی‌کارآمدتر باشد و هم امکان کوچک‌تر شدن قطعات فراهم شود.

پژوهشگران برای آزمایش ایده خود در آزمایشگاه دریافتند که تابش پالس‌های نور تراهرتز به MoS₂ باعث تغییر خواص الکترونیکی و نوری این ماده می‌شود. آن‌ها این تغییر را نشانه‌ای از کنترل سریع دانستند و به‌طور خاص، پدیده‌ای به نام «جابجایی استارک» را مشاهده کردند که به معنای تغییر در سطوح انرژی اکسی‌تون‌های ماده (جفت‌های الکترون-حفره) است. این امر نشان‌دهنده قدرت و کارآمدی میدان‌های الکتریکی القا شده توسط نور تراهرتز است.

تأثیر استارک پدیده‌ای شناخته‌شده است که در آن میدان‌های الکتریکی سطح انرژی الکترون‌ها در اتم‌ها یا مواد را تغییر می‌دهند. بنابراین، این تحقیق نشان می‌دهد که میدان تراهرتز بسیار قدرتمند عمل می‌کند.

چنین دستاوردی می‌تواند در توسعه نسل آینده رایانه‌ها که از ترانزیستورهای کنترل‌شده با نور استفاده می‌کنند، کاربرد داشته باشد. همچنین می‌توان از آن در سیستم‌های انتقال داده، دوربین‌ها، حسگرهای بسیار سریع و قطعات رایانش کوانتومی بهره برد تا دستگاه‌هایی کوچک‌تر، سریع‌تر و کارآمدتر ساخته شود.