(Phys.org) - University of California, Riverside Bourns College of Engineering professor och ett team av forskare publicerade idag ett papper som visar hur de löste ett nästan hundraårigt problem som ytterligare kan hjälpa till att minska storleken på elektroniska enheter.

Arbetet, ledd av Alexander A. Balandin, professor i elektroteknik vid UC Riverside, fokuserat på det lågfrekventa elektroniska 1/f-bruset, även känt som rosa buller och flimmerljud. Det är en signal eller process med en effektspektral densitet omvänt proportionell mot frekvensen. Det upptäcktes först i vakuumrör 1925 och sedan dess har det hittats överallt från fluktuationer i intensiteten i musikinspelningar till mänskliga hjärtfrekvenser och elektriska strömmar i material och enheter.

Vikten av detta buller för elektronik motiverade många studier av dess fysiska ursprung och metoder för dess kontroll. Till exempel, signalens fasbrus i en radar eller kommunikationsapparat som smart telefon bestäms, i hög grad, med 1/f -ljudnivån i transistorerna som används inuti radarn eller smarttelefonen.

Dock, efter nästan ett sekel av undersökningar, ursprunget till 1/f -brus i de flesta materialsystem förblev ett mysterium. En fråga av särskild betydelse för elektroniken var om 1/f -brus genererades på ytan på elektriska ledare eller inuti deras volymer.

Ett team av forskare från UC Riverside, Rensselaer Polytechnic Institute (RPI) och Ioffe Physical-Technical Institute of the Russian Academy of Sciences kunde belysa 1/f-brusuppkomst med hjälp av en uppsättning flerskiktade grafenprover med tjockleken som kontinuerligt varierade från cirka 15 atomplan till en ett lager grafen. Grafen är en en-atom tjock kolkristall med unika egenskaper, inklusive överlägsen elektrisk och värmeledningsförmåga, mekanisk styrka och unik optisk absorption.

Förutom Balandin, som också är grundare för materialvetenskapliga och tekniska programmet vid UC Riverside, teamet av forskare inkluderade:Teamet inkluderade:Guanxiong Liu, en forskningsassistent i Balandins Nano-Device Laboratory (NDL); Michael S. Shur, Patricia W. och C. Sheldon Roberts Professor i Solid State Electronics vid RPI; och Sergey Rumyantsev, forskningsprofessor vid RPI och Ioffe Institute.

"Nyckeln till detta intressanta resultat var att till skillnad från i metall- eller halvledarfilmer, tjockleken på grafenflerlager kan varieras kontinuerligt och enhetligt ända ner till ett enda atomlager av grafen - filmens ultimata "yta", "Sa Balandin." Således vi kunde åstadkomma med flerlagers grafenfilmer något som forskare inte kunde göra med metallfilmer under förra seklet. Vi undersökte ursprunget till 1/f -brus direkt. "

Han tillade att tidigare studier inte kunde testa metallfilmer till tjocklekarna under cirka åtta nanometer. Tjockleken på grafen är 0,35 nanometer och kan ökas gradvis, ett atomplan i taget.

"Förutom den grundläggande vetenskapen, de rapporterade resultaten är viktiga för att fortsätta nedskalningen av konventionella elektroniska enheter, "Sade Balandin." Nuvarande teknik är redan på den nivån när många enheter blir i huvudsak ytorna. I det här sammanhanget, fyndet går utöver grafenfältet. "

Han noterade också att studien var avgörande för de föreslagna tillämpningarna av grafen i analoga kretsar, kommunikation och sensorer. Detta beror på att alla dessa applikationer kräver acceptabelt låga nivåer av 1/f -brus, vilket bidrar till fasbruset i kommunikationssystem och begränsar sensorkänsligheten och selektiviteten.

Resultaten av forskningen har publicerats i tidskriften Tillämpad fysikbokstäver .