Các nhà nghiên cứu của IBM vừa chế tạo thành công bộ tách sóng quang đầu tiên từ graphen, một dải các-bon chỉ dày có một nguyên tử. Thiết bị này, có khả năng dò chính xác các dòng dữ liệu quang học ở tốc độ 10Gbit/giây, có thể được sử dụng để tạo ra các loại mạch điện mới có khả năng sử dụng cả ánh sáng lẫn dòng điện để xử lý và truyền thông tin.
Các bộ tách sóng quang là các thiết bị dò ánh sáng bằng cách chuyển hóa các tín hiệu quang thành các tín hiệu điện. Chúng được triển khai rộng rãi ở cả trong lĩnh vực khoa học và công nghệ, trong truyền thông, cảm ứng và chụp hình.
Các bộ tách sóng quang hiện đại thường được chế tạo bằng cách sử dụng các chất bán dẫn III-V, ví dụ như gallium arsenide. Khi ánh sáng đập vào các vật liệu này, mỗi một tia sáng hấp thụ photon tạo ra một cặp hố electron. Những cặp này sau đó tách ra và sản sinh ra dòng điện.
Graphen có nhiều tính chất vật lý và cơ học độc nhất khiến cho nó rất thích hợp để dò ra ánh sáng. Một trong những lợi ích là các electron và các hố di chuyển nhanh hơn khắp graphen hơn là so với các vật liệu khác. Ngoài ra, graphen cũng có khả năng hấp thụ ánh sáng rất tốt trên một phạm vi rộng các bước sóng, từ khả kiến tới hồng ngoại. Tính chất này không giống với các chất bán dẫn III-V, vốn không hoạt động ở những phạm vi rộng như vậy.
Bất chấp tất cả những lợi thế đó, graphen lại có một nhược điểm nghiêm trọng nhất, đó là các electron và các hố được tạo ra ở một khối vật liệu thông thường tái kết hợp quá nhanh, có nghĩa là không có các electron tự do để mang dòng điện.
Nhưng giờ đây, nhóm nghiên cứu của IBM tại trung tâm Nghiên cứu TJ Watson ở New York đã khắc phục được nhược điểm này bằng cách tách các cặp electron-hố bằng cách sử dụng các điện trường trong để các electron và các hố được tách ra.
Nhóm nghiên cứu đã thực hiện nhiệm vụ này bằng cách đặt các điện cực palladium và titanium trên đỉnh một miếng graphen đơn lớp hoặc đa lớp. Các điện cực này, có các chức năng hoạt động khác nhau, sản sinh ra các điện trường tại giao diện giữa các điện cực và graphen. Điện trường tách một cách hiệu quả các electron và các hố, dòng quang điện được sản sinh ra khi ánh sáng được chiếu vào thiết bị.
Hiện tại, bộ tách sóng quang graphen có thể đạt được mức độ dò không sai số các dòng dữ liệu quang học ở tốc độ 10 Gbit/giây, một con số có thể sánh được với các mạng quang học được chế tạo bằng các vật liệu khác, ví dụ như các chất bán dẫn III-V.
Nhóm IBM hiện đang nghiên cứu để tối ưu hóa hiệu suất của bộ tách sóng quang và tích hợp nó với các thiết bị quang học khác. Bộ tách sóng quang graphen sẽ mang tính cạnh tranh thiết thực ở các phạm vi bước sóng dài của quang phổ điện từ tính và đối với các phương pháp đo siêu nhanh.
xaydungvietnam.vn - theo vista.gov.vn