Si usa un teléfono inteligente, computadora portátil o tableta, entonces se beneficia de la investigación en fotónica, el estudio de la luz. En la Universidad de Delaware, un equipo dirigido por Tingyi Gu, profesor asistente de ingeniería eléctrica e informática, está desarrollandotecnología de vanguardia para dispositivos fotónicos que podría permitir comunicaciones más rápidas entre dispositivos y, por lo tanto, las personas que los usan.
El grupo de investigación diseñó recientemente un dispositivo de silicio-grafeno que puede transmitir ondas de radiofrecuencia en menos de un picosegundo a un ancho de banda inferior a los terahercios; esa es mucha información, rápida. Su trabajo se describe en un nuevo artículo publicado en la revista Materiales electrónicos aplicados por ACS .
"En este trabajo, exploramos la limitación del ancho de banda de la fotónica de silicio integrada con grafeno para futuras aplicaciones optoelectrónicas", dijo el estudiante graduado Dun Mao, el primer autor del artículo.
El silicio es un material abundante y natural que se usa comúnmente como semiconductor en dispositivos electrónicos. Sin embargo, los investigadores han agotado el potencial de los dispositivos con semiconductores hechos solo de silicio. Estos dispositivos están limitados por la movilidad del portador de silicio, la velocidad a la que se cargase mueve a través del material y la banda prohibida indirecta, lo que limita su capacidad de liberar y absorber luz
Ahora, el equipo de Gu está combinando silicio con un material con propiedades más favorables, el material de grafeno en 2D. Los materiales en 2D reciben su nombre porque son solo una capa de átomos. En comparación con el silicio, el grafeno tiene una mejor movilidad de portadores y banda prohibida directa ypermite una transmisión de electrones más rápida y mejores propiedades eléctricas y ópticas. Al combinar silicio con grafeno, los científicos pueden continuar utilizando tecnologías que ya se utilizan con dispositivos de silicio: simplemente funcionarían más rápido con la combinación silicio-grafeno.
"Mirando las propiedades de los materiales, ¿podemos hacer más de lo que estamos trabajando? Eso es lo que queremos descubrir", dijo el estudiante de doctorado Thomas Kananen.
Para combinar silicio con grafeno, el equipo utilizó un método que desarrollaron y describieron en un artículo publicado en 2018 en npj 2D Materials and Application. El equipo colocó el grafeno en un lugar especial conocido como la unión de pasador, una interfaz entre los materialesAl colocar el grafeno en la unión del pasador, el equipo optimizó la estructura de una manera que mejora la capacidad de respuesta y la velocidad del dispositivo.
Este método es robusto y podría ser aplicado fácilmente por otros investigadores. Este proceso se lleva a cabo en una oblea de 12 pulgadas de material delgado y utiliza componentes que son más pequeños que un milímetro cada uno. Algunos componentes se fabricaron en una fundición comercial. Otro trabajotuvo lugar en las instalaciones de nanofabricación de UD, de las cuales Matt Doty, profesor asociado de ciencia e ingeniería de materiales, es el director.
"La Instalación de Nanofabricación de UD UDNF es una instalación respaldada por el personal que permite a los usuarios fabricar dispositivos en escalas de longitud tan pequeñas como 7 nm, que es aproximadamente 10,000 veces más pequeño que el diámetro de un cabello humano", dijo Doty ".El UDNF, que se abrió en 2016, ha permitido nuevas direcciones de investigación en campos que van desde la optoelectrónica hasta la biomedicina y la ciencia de las plantas ".
La combinación de silicio y grafeno se puede utilizar como un fotodetector, que detecta la luz y produce corriente, con más ancho de banda y un menor tiempo de respuesta que las ofertas actuales. Toda esta investigación podría agregarse a dispositivos inalámbricos más baratos y más rápidos en el futuro."Puede hacer que la red sea más fuerte, mejor y más barata", dijo el asociado postdoctoral y el primer autor del artículo de npj 2D Materials and Application Tiantian Li. "Ese es un punto clave de la fotónica".
Ahora el equipo está pensando en formas de expandir las aplicaciones de este material. "Estamos buscando más componentes basados en una estructura similar", dijo Gu.
Este trabajo está financiado por subvenciones de AFOSR y NASA, y el equipo tiene una colaboración parcial con Bell Labs.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Delaware . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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