El campo del láser de conducción (rojo) “sacude” los electrones en el grafeno en escalas de tiempo ultracortos, que se muestran como ondas violetas y azules. Un segundo pulso de láser (verde) puede controlar esta onda y, por lo tanto, determinar la dirección de la corriente. (Crédito de la imagen: FAU / Christian Heide)

Los pulsos láser ultrarrápidos controlan los electrones en el grafeno, haciendo posible la computación ultrarrápida.

Controlar el flujo de electrones utilizando ondas de luz en lugar de señales de voltaje es un sueño hecho realidad para los físicos.

Ser capaz de controlar sistemas electrónicos utilizando ondas de luz en lugar de señales de voltaje es el sueño de los físicos de todo el mundo. La ventaja es que las ondas de luz electromagnética oscilan a la frecuencia de petaherz. Esto significa que las computadoras en el futuro podrían operar a velocidades un millón de veces más rápidas que las de hoy. Los científicos de la Universidad de Friedrich-Alexander (FAU; Erlangen-Nurenberg, Alemania) ahora se han acercado un paso más hacia el logro de este objetivo, ya que han logrado utilizar impulsos de láser ultra cortos para controlar con precisión los electrones en el grafeno . Los científicos publicaron sus resultados en Physical Review Letters .

El control actual en electrónica que es un millón de veces más rápido que en los sistemas actuales es un sueño para muchos. En última instancia, el control de corriente es uno de los componentes más importantes, ya que es responsable de la transmisión de datos y señales. Controlar el flujo de electrones utilizando ondas de luz en lugar de señales de voltaje, como ahora es el caso, podría hacer de este sueño una realidad. Sin embargo, hasta ahora, ha sido difícil controlar el flujo de electrones en los metales, ya que los metales reflejan ondas de luz y los electrones en su interior no pueden verse influenciados por estas ondas de luz.

Por lo tanto, los físicos de FAU han recurrido al grafeno, un semimetálico que comprende una sola capa de carbono y es tan delgado que puede penetrar suficiente luz para permitir que los electrones se muevan. En un estudio anterior, los físicos de la Cátedra de Física Láser ya habían logrado generar una señal eléctrica en una escala de tiempo de solo un femtosegundo mediante el uso de un pulso láser muy corto. Esto es equivalente a una millonésima de una mil millonésima de segundo. En estas escalas de tiempo extremas, los electrones revelan su naturaleza cuántica, ya que se comportan como una onda. La onda de electrones se desliza a través del material a medida que es impulsada por el campo de luz (el pulso del láser).

Los investigadores dieron un paso más en el presente estudio. Apuntaron un segundo pulso de láser a esta onda impulsada por la luz. Este segundo pulso ahora permite que la onda de electrones pase a través del material en dos dimensiones . El segundo pulso de láser puede usarse para desviar, acelerar o incluso cambiar la dirección de la onda de electrones. Esto permite que la información sea transmitida por esta onda, dependiendo del tiempo exacto, la fuerza y ​​la dirección del segundo pulso.

Es posible ir un paso más allá. “Imagine que la onda de electrones es una onda en el agua. Las ondas en el agua se pueden dividir debido a un obstáculo y convergen e interfieren cuando han superado el obstáculo. Dependiendo de cómo las sub-ondas se parezcan entre sí, se amplifican o cancelan Podemos usar el segundo pulso de láser para modificar las sub-ondas individuales de manera específica y así controlar su interferencia “, explica Christian Heide, de la Cátedra de Física Láser. “En general, es muy difícil controlar los fenómenos cuánticos, como las características de onda de los electrones en este caso. Esto se debe a que es muy difícil mantener la onda de electrones en un material, ya que la onda de electrones se dispersa con otros electrones y pierde sus características de onda. . Los experimentos en este campo se realizan típicamente a temperaturas extremadamente bajas. Ahora podemos realizar estos experimentos a temperatura ambiente, ya que podemoscontrole los electrones utilizando pulsos de láser a velocidades tan altas que no queda tiempo para los procesos de dispersión con otros electrones. Esto nos permite investigar varios procesos físicos nuevos que antes no eran accesibles “.

Significa que los científicos han hecho un progreso significativo hacia la realización de sistemas electrónicos que pueden controlarse utilizando ondas de luz . En los próximos años investigarán si los electrones en otros materiales bidimensionales también se pueden controlar de la misma manera. “Tal vez podremos utilizar la investigación de materiales para modificar las características de los materiales de tal manera que pronto sea posible construir pequeños transistores que puedan ser controlados por la luz”, agrega Heide.

Via: Friedrich-Alexander University (FAU); https://www.fau.eu/2018/11/15/news/research/racing-electrons-under-control/