Se você usa um smartphone, computador portátil, ou tablet, então você se beneficia da pesquisa em fotônica, o estudo da luz. Na Universidade de Delaware, uma equipe liderada por Tingyi Gu, um professor assistente de engenharia elétrica e da computação, está desenvolvendo tecnologia de ponta para dispositivos fotônicos que podem permitir comunicações mais rápidas entre dispositivos e, portanto, as pessoas que os usam.

O grupo de pesquisa recentemente projetou um dispositivo de silício-grafeno que pode transmitir ondas de radiofrequência em menos de um picossegundo em uma largura de banda subterahertz - isso é muita informação, velozes. Seu trabalho é descrito em um novo artigo publicado na revista. Materiais Eletrônicos Aplicados ACS .

"Nesse trabalho, exploramos a limitação da largura de banda da fotônica de silício integrada com grafeno para futuras aplicações optoeletrônicas, "disse o estudante Dun Mao, o primeiro autor do artigo.

O silício é natural, abundante material comumente usado como semicondutor em dispositivos eletrônicos. Contudo, os pesquisadores esgotaram o potencial dos dispositivos com semicondutores feitos apenas de silício. Esses dispositivos são limitados pela mobilidade da portadora de silício, a velocidade com que uma carga se move através do material, e bandgap indireto, o que limita sua capacidade de liberar e absorver luz.

Agora, A equipe de Gu está combinando silício com um material com propriedades mais favoráveis, o material grafeno 2-D. Os materiais 2-D têm esse nome porque são apenas uma única camada de átomos. Comparado ao silício, o grafeno tem melhor mobilidade de portadora e bandgap direto e permite uma transmissão de elétrons mais rápida e melhores propriedades elétricas e ópticas. Ao combinar silício com grafeno, os cientistas podem continuar a utilizar tecnologias que já são usadas com dispositivos de silício - elas apenas funcionariam mais rápido com a combinação silício-grafeno.

"Olhando para as propriedades dos materiais, podemos fazer mais do que aquilo com que estamos trabalhando? É isso que queremos descobrir, "disse o estudante de doutorado Thomas Kananen.

Para combinar silício com grafeno, a equipe usou um método desenvolvido e descrito em um artigo publicado em 2018 na npj 2-D Materials and Application. A equipe colocou o grafeno em um lugar especial conhecido como junção p-i-n, uma interface entre os materiais. Ao colocar o grafeno na junção p-i-n, a equipe otimizou a estrutura de forma a melhorar a responsividade e velocidade do dispositivo.

Este método é robusto e poderia ser facilmente aplicado por outros pesquisadores. Esse processo ocorre em um wafer de 12 polegadas de material fino e utiliza componentes menores do que um milímetro cada. Alguns componentes foram feitos em uma fundição comercial. Outro trabalho ocorreu na Instalação de Nanofabricação da UD, dos quais Matt Doty, professor associado de ciência e engenharia de materiais, é o diretor.

"A UD Nanofabrication Facility (UDNF) é uma instalação com suporte de equipe que permite aos usuários fabricar dispositivos em escalas de comprimento tão pequenas quanto 7 nm, que é aproximadamente 10, 000 vezes menor que o diâmetro de um cabelo humano, "disse Doty." A UDNF, que foi inaugurado em 2016, possibilitou novas direções de pesquisa em campos que vão da optoeletrônica à biomedicina e à ciência das plantas. "

A combinação de silício e grafeno pode ser usada como fotodetector, que detecta a luz e produz corrente, com mais largura de banda e um tempo de resposta menor do que as ofertas atuais. Toda essa pesquisa pode ficar mais barata, dispositivos sem fio mais rápidos no futuro. "Isso pode tornar a rede mais forte, melhor e mais barato, "disse o associado de pós-doutorado e o primeiro autor do artigo Npj 2-D Materials and Application Tiantian Li." Esse é um ponto-chave da fotônica. "

Agora a equipe está pensando em maneiras de expandir as aplicações desse material. "Estamos procurando mais componentes com base em uma estrutura semelhante, "disse Gu.