2004 yılında keşfedilen grafen malzemesi, çok hızlı elektronik için gelecek vaad edici bir malzemedir. Bu malzeme ile günümüzdeki bilgisayar gibi elektronik aygıtlardan daha hızlı, daha yüksek performanslı elektronik aygıtların üretilebileceği öngörülmektedir. Vienna Teknoloji Üniversitesi’nden bilim insanları grafenden yapılan ışık dedektörleri geliştirdiler ve bu dedektörlerin şaşırtıcı özelliklerinin analizini yaptılar.
Bir bal peteği örgüsüne sahip karbon yapısıyla, bir atom kalınlığındaki grafen üzerinde yüksek katkılar tutturulmasıyla bu malzeme dikkat çekici özellikler gösterir. Grafenin keşfi geçen yıl yani 2010 Nobel Fizik Ödülü ile ödüllendirildi ve bu da bu malzemenin önemini ortaya koymaktadır. Vienna Teknoloji Üniversitesi’ndeki Fotonik Enstitüsü’nde grafenin elektronik ve optik özellikleri üzerine yapılan çalışmalar sonucunda grafen ile dikkate değer bir hızda ışık pulslarını (atımlarını) elektriksel sinyallere dönüştürebildiler. Bu da bilgisayarlar arasındaki veri akışınının hızını önemli ölçüde artırabilecek bir gelişmedir.
Işığın Elektriksel Sinyallere Dönüştürülmesi
Herhangi bir veri ışık atımları ile örneğin fiber kablo içinde iletildiği zaman bu ışık atımların elektriksel sinyallere dönüştürülmesi gerekir. Ki böylece, bu veri bir bilgisayarda işlenebilsin. Işığın bu elektrik akımına dönüşmesi Albert Einstein’in Nobel Ödülü de aldığı fotoelektrik etki sayesinde mümkündür. Bazı malzemelerde, ışık yani gelen malzeme üzerine gelen foton elektronun bulunduğu enerji seviyesinden diğer bir enerji seviyesine geçmesine neden olabilir ya da bulunduğu konumdan ayrılmasını sağlayabilir; bu durumda bu elektron malzeme içinde serbest elektron olarak hareket eder ve böylelikle varsa elektriksel iletime katılır. Sonuç olarak bir elektrik akımı oluşur. Hâlihazırda ışık atımlarını elektriksel sinyallere dönüştüren ışık dedektörleri uzun süredir bulunmaktadır ama grafen ile yapılan ışık dedektörleri, en bilinen malzemelerden daha hızlıdır. Dolayısıyla, grafen ile yapılan ışık dedektörleri ile de bilgisayarlarımızın ya da diğer elektronik aygıtlarımızın hızını artırmamız mümkün olabilecek.
Ultra Kısa Laser Atımları ile Yapılan Analizler
Grafen içeren bir çip...
Geçen yıl grafen ile ışık atımlarının elektriksel sinyallere dönüştürülebileceği ortaya konmuştu (Bununla ilgili “grafen fotodedektörler” isimli yazımızı okuyabilirsiniz) ancak reaksiyon zamanı yani bu işin grafen ile yapılırken ki hızı belirlenmemişti. Çünkü grafende fotoelektrik etki, çok çok hızlıdır ve klasik ölçüm yöntemleri ile bunu ölçmek mümkün değildir. Şimdi ise Vienna’daki bilim insanları ufak “teknolojik hile”lerle bunu başardılar. Laser atımları hızlı bir şekilde grafen fotodedektörde “ateşlendi” ve sonuç olarak foto-akım ölçüldü. Bu sırada, laser atımları arasındaki zaman gecikmesi değişirse dedektörün en yüksek frekansı belirlenebilir. İşte bu yöntemle bu grafen ışık dedektörlerin en yüksek frekansı 262 GHz olarak bulundu. Bu ise, grafen dedektörler kullanılarak saniye başına 30 gigabyte’dan daha fazla veri aktarımı ile teorik sınırın en üst sınırına ulaşıldığını gösterir. Yine de bunun teknik olarak mümkün olup olmadığı henüz belirlenmedi ama bu grafenin dikkate değer kapasitesini ve onun optoelektronik uygulamalar için potansiyelini açıkça ortaya koymaktadır.
Hızlı Elektronik için Hızlı Sinyaller
Grafen fotodedektörler için gerçekteki ana neden grafendeki kısa ömürlü yük taşıyıcıları ile yüksek frekanslarda aygıtın çalışmasıdır. Grafende, ışık etkisi ile ilk konumu değişen elektronların sadece birkaç pikosaniyede (saniyenin milyonda birinin milyonda birinde) başka bir konuma geçerek elektriksel akıma katılması ile bu durumu açıklayabiliriz ki herşey çok hızlı oluyor! Yani, grafen fotodedektör sonraki elektrik sinyalini oluştururken yeni elektronlarını serbest bırakıp başka bir ışık sinyalini almaya hazırdır.
Grafenin hızlı reaksiyon zamanı onun dikkate değer özelliklerinden sadece biridir. Grafendeki taşıyıcıların hareketliliği (mobilitesi) çok yüksektir, yani bu taşıyıcılar son derece uzağa herhangi bir saçılma olmadan (yani yavaşlamadan) hareket edebilirler. Ki elektronik dünyası için grafeni en önemli kılan özelliklerden biri de budur. Ayrıca grafen geniş spektral aralıktaki -kızıl ötesinden görülebilir bölge- ışığı soğurabilen benzersiz bir malzemedir. Birçok yarıiletken malzemenin spektrumun çok küçük bir parçasını kullanabildiğini düşünürsek grafenin bu özelliğinin önemi gerçek yerini bulmuş olur. Bu haberde bahsettiğimiz çalışma ile grafenin olağanüstü özelliklerinin yanı sıra yapabileceklerinin potansiyeli de pekiştirilmiş oldu böylece. Yakın gelecek, grafen malzemesinin sunduğu olanaklarla çok daha farklı olacak.
Hazırlayan : Gökhan Atmaca – Kuark Moleküler NanoBilim Araştırma
Kaynak: http://www.physorg.com/news/2011-06-material-faster-electronics.html
