Ο Ελευθέριος Γουλιελμάκης, ερευνητής στο Μαξ Πλανκ, δημιούργησε και μέτρησε το ταχύτερο ηλεκτρικό ρεύμα στο εσωτερικό ενός στερεού υλικού

Ο Έλληνας φυσικός της διασποράς, ο δρ Ελευθέριος Γουλιελμάκης του Ινστιτούτου Κβαντικής Οπτικής Μαξ Πλανκ στη Γερμανία, δημιούργησε και μέτρησε το ταχύτερο ηλεκτρικό ρεύμα στο εσωτερικό ενός στερεού υλικού. Χρησιμοποιώντας υπερταχείς παλμούς λέιζερ, η ομάδα Αττοηλεκτρονικής του Γουλιελμάκη, επιτάχυνε τα ηλεκτρόνια του ρεύματος, ώστε να κάνουν οκτώ εκατομμύρια δισεκατομμυρίων ταλαντώσεις ανά δευτερόλεπτο, πραγματοποιώντας έτσι ένα νέο ρεκόρ στη συχνότητα του ηλεκτρικού ρεύματος στο εσωτερικό στερεών υλικών.

• Η Αττοφυσική εστιάζει στην παρατήρηση μικροσκοπικών φαινομένων που συμβαίνουν με ιλιγγιώδεις ταχύτητες, όπως, για παράδειγμα, η κίνηση των ηλεκτρονίων μέσα στα άτομα, στα μόρια και στα υλικά. Για να καταλάβετε πόσο μεγάλες είναι οι ταχύτητες αυτές, ένα ηλεκτρόνιο χρειάζεται μόνο 150 δισεκατομμυριοστά του δισεκατομμυριοστού του δευτερολέπτου για να γυρίσει γύρω από τον πυρήνα του ατόμου ή, αλλιώς, 150 αττοδεπτερόλεπτα.
• Για να φωτογραφήσουμε ηλεκτρόνια σε κίνηση, στην Αττοφυσική αναπτύσσουμε φωτογραφικές συσκευές, στις οποίες το γνωστό μας φλας αντικαθίσταται από φλας ακτίνων λέιζερ, πράγμα που δίνει στους επιστήμονες τη δυνατότητα να βιντεοσκοπήσουν τον μικρόκοσμο σε πραγματικό χρόνο.Η Αττοηλεκτρονική αναφέρεται στη δυνατότητα όχι μόνο να παρατηρήσουμε, αλλά και να ελέγξουμε τα ηλεκτρόνια στην φυσική τους κλίμακα κίνησης και μπορέσουμε έτσι να αναπτύξουμε νέες εφαρμογές στην ηλεκτρονική επιστήμη.
• Το πεδίο αυτό ξεκίνησε από μερικά εργαστήρια/πανεπιστήμια στην Ευρώπη, αλλά τώρα έχει εξαπλωθεί σημαντικά, αριθμώντας αρκετές δεκάδες εργαστήρια ανά τον κόσμο. Στην Ελλάδα υπάρχει έρευνα σε αυτό το πεδίο ιδίως στο ΙΤΕ από την ομάδα του καθηγητή Φυσικής του Πανεπιστημίου Κρήτης Δημήτρη Χαραλαμπίδη, με σημαντική συνεισφορά στην ανάπτυξή του ήδη από την εποχή των πρώτων βημάτων, πριν από περίπου 15 χρόνια.

Η απόδοση των σύγχρονων ηλεκτρονικών συσκευών, όπως οι υπολογιστές και τα κινητά τηλέφωνα, εξαρτάται από την ταχύτητα του ηλεκτρικού ρεύματος στο εσωτερικό των ηλεκτρονικών κυκλωμάτων.

 

Αν και η σταδιακή συρρίκνωση των τρανζίστορ και των ηλεκτρονικών κυκλωμάτων σε ολοένα και μικρότερες διαστάσεις επιτρέπει την αύξηση της απόδοσής τους και της ταχύτητας λειτουργίας τους, αυτή η συμβατική μέθοδος αρχίζει να πλησιάζει τα φυσικά της όρια.

 

Όπως δήλωσε ο Γουλιελμάκης «όταν η τεχνολογία συναντά τα όρια της, ο λόγος δίδεται στην φυσική, η οποία αναλαμβάνει να εξερευνήσει νέα μονοπάτια. Εδώ και μερικά χρόνια υποψιαζόμασταν ότι το φως λέιζερ θα μπορούσε να παίξει ένα σημαντικό ρόλο στην αναζήτηση νέων μεθόδων για την ανάπτυξη ολοένα και πιο γρήγορων ηλεκτρονικών συσκευών, οι οποίες θα μπορέσουν να ανταποκριθούν στις ολοένα αυξανόμενες ανάγκες της πληροφορικής και των επικοινωνιών».

 

Στη νέα επιστημονική έρευνα, που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό «Nature«, o Έλληνας φυσικός και οι συνεργάτες του έδειξαν πειραματικά ότι πράγματι το φως ενός λέιζερ μπορεί να θέσει τα ηλεκτρόνια των υλικών σε κίνηση πανομοιότυπη με εκείνη των ηλεκτρονικών κυκλωμάτων, όπως για παράδειγμα του επεξεργαστή ενός ηλεκτρονικού υπολογιστή, αλλά με ταχύτητα -ή πιο σωστά με συχνότητα- περίπου ένα εκατομμύριο φορές μεγαλύτερη.

 

«Αυτή είναι και η μεγαλύτερη συχνότητα ηλεκτρικού ρεύματος που έχει ποτέ καταγραφεί. Ηλεκτρικά ρεύματα τόσο υψηλών συχνοτήτων δεν μπορούν να καταγραφούν με συμβατικά εργαλεία. Για τον λόγο αυτό, χρησιμοποιήσαμε μια σειρά από νέες τεχνικές της Αττοηλεκτρονικής, που η ομάδα μου ανέπτυξε τα τελευταία χρόνια. Τα εργαλεία αυτά έπαιζαν καταλυτικό ρόλο στην πραγματοποίηση της νέας μας έρευνας» επισήμανε ο  Γουλιελμάκης.

 

Πρόσθεσε ότι «η σημερινή ηλεκτρονική τεχνολογία των ηλεκτρονικών βασίζεται σε αρχές της φυσικής και σε ιδέες που αναπτύχθηκαν στις αρχές του περασμένου αιώνα. Σήμερα πλέον προσπαθούμε να θέσουμε τα θεμέλια, στα οποία θα στηριχθεί η τεχνολογία των ηλεκτρονικών και των επιστημών πληροφορίας του μέλλοντος».

 

Οι ερευνητές δοκίμασαν την επιτάχυνση του ηλεκτρικού ρεύματος στο εσωτερικό του διοξειδίου του πυριτίου, ενός υλικού που χρησιμοποιείται ως μονωτής στην ηλεκτρονική βιομηχανία. Όταν το υλικό αυτό εκτέθηκε στο ισχυρό φως λέιζερ, η αγωγιμότητά του αυξήθηκε κατά σχεδόν 20 τάξεις μεγέθους.

 

«Η δυνατότητα το φως να αντικαταστήσει τις συμβατικές πηγές ηλεκτρισμού, όπως οι μπαταρίες, δημιουργώντας ηλεκτρικά ρεύματα στο εσωτερικό στερεών υλικών, έχει εξάψει τη φαντασία των επιστημόνων για πάνω από ένα αιώνα. Σήμερα, καθώς ο έλεγχος της ύλης από τα λέιζερ προοδεύει ταχύτατα και η ικανότητα μέτρησης ηλεκτρικών πεδίων με μεγαλύτερη ακρίβεια από ποτέ είναι πια πραγματικότητα, η ιδέα της χρήσης λέιζερ για την καθοδήγηση της κίνησης των ηλεκτρονίων μέσα στα στερεά υλικά, έτσι ώστε να δημιουργηθούν ρεύματα υψηλής συχνότητας, κερδίζει γρήγορα έδαφος» τόνισε ο Γουλιελμάκης, ο οποίος οραματίζεται ένα «πάντρεμα» της Ηλεκτρονικής και της Φωτονικής στο όχι μακρινό μέλλον.