Graphen - Kỉ nguyên quang điện mới
Thứ sáu, 14/02/2014 - 13:59
Các nhà khoa học Đại học Kỹ thuật Viena đã tạo ra được một bộ tách sóng quang học hồng ngoại từ graphen.
Phần lớn lượng thông tin hiện đại trên thế giới được truyền tải qua khoảng cách lớn đều dưới dạng ánh sáng laser hồng ngoại. Bởi vậy, các thiết bị đầu cuối có một thiết bị gọi là bộ tách sóng quang học để chuyển tín hiệu quang học thành tín hiệu điện. Bộ tách sóng quang học graphen được tích hợp vào chip CMOS silicon có thể tăng tốc độ xử lý lên hàng ngàn lần, kích thước cực nhỏ lại có thể tiết kiệm điện năng triệt để. Bởi vậy, thế giới đã đưa ra dự báo một kỉ nguyên quang điện tử mới có tên “graphen”.
Vừa qua, các nhà khoa học Đại học Kỹ thuật Viena đã tạo ra được một bộ tách sóng quang học hồng ngoại từ graphen. Vật liệu tuyệt vời này đã tạo nên cuộc cách mạng trong nhiều ngành công nghiệp có thể sẽ giúp thay đổi diện mạo máy vi tính và mạng máy tính trên thế giới, đặc biệt và giảm thiếu mức độ tiêu thụ điện năng của hệ thống internet trên toàn thế giới.
Cấu trúc phân tử đặc biệt của graphen giúp tăng tốc độ xử lý lên hàng ngàn lần
Graphen sẽ đem đến 2 đột phá mạnh mẽ, đầu tiên phải nhắc đến là tốc độ nhận và xử lý tín hiệu tăng lên hàng ngàn lần. Thậm chí bộ tách sóng quang học từ graphen tạo ra rất ít hao hụt phía sau tấm graphen xét về mặt tốc độ và khả năng đáp ứng (độ trễ). Điều này có được do graphen có cấu trúc sắp xếp nguyên tử đặc biệt nên nó có khả năng phân bố đều các electron trong mạng nguyên tử do đó chuyển động của các electron hầu như không bị cản trở. Do đó khi một photon đập vào thì tín hiệu điện nhanh chóng xuất hiện. Từ đó, bộ thu chuyển sóng hồng ngoại mới sẽ đạt tốc độ nhanh hơn gấp 8 lần so với những mô hình graphen tách biệt với chip trước đó.
Ưu điểm thứ 2 của graphen đó chính là kích thước nhỏ đến khó tin, một con chip 1 cm2 có thể chứa đến 20.000 bộ tách sóng. Trên lý thuyết, một con chíp có thể tiếp nhận 20.000 đường tín hiệu độc lập trong một cơ cấu chuyển đổi có độ phân giải cực cao. Khó khăn lớn nhất không phải là việc tạo ra bộ tách sóng quang học từ ghraphen mà là tích hợp nó vào chip. Chúng ta không thể chỉ đơn giản là đổi bộ tách sóng và sử dụng con chip cũ. Xét về nhiều mặt thì một bộ chuyển đổi hồng ngoại phải chuyển được tín hiệu quang học để sử dụng được trong máy tính. Nhiều vi xử lý trong một hệ thống phải kết nối được với nhau nhanh hơn và tiêu tốn ít điện năng hơn.
Kích thước cực nhỏ của graphen có thể tăng khả năng xử lý thông tin và tiết kiệm triệt để điện năng
Graphen có thể hấp thụ và chuyển hóa gần như hoàn toàn quang phổ ánh sáng của tín hiệu truyền thông hiện đại. Những bộ tách sóng quang học thế hệ cũ tạo ra các điện tử từ một sóng duy nhất của dải ánh sáng đi tới. Các nhà nghiên cứu cho thấy graphen có khả năng hấp thụ phổ ánh sáng trong dải từ 1.310nm đến 1.650nm. Vì vậy yêu cầu một một bộ dẫn sóng trực tiếp đến bộ thu.
Hạn chế lớn nhất của graphen đó là độ nhạy. Trong khi mà tốc độ chuyển đổi quá nhanh thì đáp ứng của nó đối với ánh sáng có cường độ thấp lại quá tệ, tệ hơn 10 lần so với đối thủ của nó là germani. Tuy nhiên các nhà nghiên cứu vẫn tự tin về khả năng tìm ra phương pháp để giải quyết vấn đề trên. Mặc dù vậy con chip của họ cũng đã mở ra một giới hạn mới trong lĩnh vực truyền dẫn và chuyển đổi thông tin.
Nghiên cứu của đại học Viena là một trong 3 nghiên cứu về khả năng hấp thụ của graphen được công bố trên Nature Photomics đã mở ra thêm những ứng dụng bất ngờ cuả graphen. Nghiên cứu này dựa trên những tính chất vật lý nền tảng của graphen, khiến chúng trở thành vật liệu tiềm năng cho các dây siêu dẫn tốc độ và các bộ chuyển đổi ánh sáng.
Theo Petrotimes