Forskare vid MIT har föreslagit ett nytt system som kombinerar ferroelektriska material - den typ som ofta används för datalagring - med grafen, en tvådimensionell form av kol känd för sina exceptionella elektroniska och mekaniska egenskaper. Den resulterande hybridteknologin kan så småningom leda till dator- och datalagringschips som packar fler komponenter i ett visst område och är snabbare och mindre strömkrävande.

Det nya systemet fungerar genom att kontrollera vågor som kallas ytplasmoner. Dessa vågor är oscillationer av elektroner instängda vid gränssnitt mellan material; i det nya systemet arbetar vågorna med terahertz-frekvenser. Sådana frekvenser ligger mellan frekvenserna för långt infrarött ljus och mikrovågsradiosändningar, och anses vara idealiska för nästa generations datorenheter.

Fynden rapporterades i en tidning i Bokstäver i tillämpad fysik av docent i maskinteknik Nicholas Fang, postdoc Dafei Jin och tre andra.

Systemet skulle ge ett nytt sätt att konstruera sammankopplade enheter som använder ljusvågor, såsom fiberoptiska kablar och fotoniska chips, med elektroniska ledningar och enheter. För närvarande, sådana sammankopplingspunkter utgör ofta en flaskhals som saktar ner överföringen av data och ökar antalet komponenter som behövs.

Teamets nya system gör att vågor kan koncentreras till mycket mindre längdskalor, vilket kan leda till en tiofaldig ökning av densiteten av komponenter som kan placeras i ett givet område av ett chip, säger Fang.

Teamets första proof-of-concept-enhet använder en liten bit grafen inklämd mellan två lager av det ferroelektriska materialet för att göra det enkelt, omkopplingsbara plasmoniska vågledare. Detta arbete använde litiumniobat, men många andra sådana material skulle kunna användas, säger forskarna.

Ljus kan begränsas i dessa vågledare ner till en del av några hundra av det fria rymdens våglängd, Jin säger, vilket representerar en förbättring i storleksordningen jämfört med vilket jämförbart vågledarsystem som helst. "Detta öppnar upp spännande områden för sändning och bearbetning av optiska signaler, " han säger.

Dessutom, verket kan ge ett nytt sätt att läsa och skriva elektronisk data i ferroelektriska minnesenheter med mycket hög hastighet, säger MIT-forskarna.

Dimitri Basov, en professor i fysik vid University of California i San Diego som inte var kopplad till denna forskning, säger MIT-teamet "föreslog en mycket intressant plasmonisk struktur, lämplig för drift i det tekniskt betydande [terahertz]-området. ... Jag är övertygad om att många forskargrupper kommer att försöka implementera dessa enheter."

Basov varnar, dock, "Nyckelfrågan, som i all plasmonik, är förluster. Förluster måste utforskas och förstås grundligt."

Förutom Fang och Jin, forskningen utfördes av doktoranden Anshuman Kumar, tidigare postdoc Kin Hung Fung (nu vid Hong Kong Polytechnic University), och forskaren Jun Xu. Det stöddes av National Science Foundation och Air Force Office of Scientific Research.