گرافن ولتاژ را تقویت می‌کند

اولین افزاره گرافنی که قابلیت تقویت قابل‌توجه ولتاژ را دارد (بیش از ۱۰ دسیبل)، بوسیله محققان در ایتالیا ساخته شده است. ساخت چنین افزاره‌ای تایید می‌کند که این ماده شگفت‌انگیز بعنوان ماده‌ی انتخابی در الکترونیک می‌تواند با سیلیکون رقابت کند و بر خلاف انتظار به کاربردهای فرکانس – بالا و بهره ولتاژ – کم محدود نمی‌شود.

اولین افزاره گرافنی که قابلیت تقویت قابل‌توجه ولتاژ را دارد (بیش از ۱۰
دسیبل)، بوسیله محققان در ایتالیا ساخته شده است. ساخت چنین افزاره‌ای
تایید می‌کند که این ماده شگفت‌انگیز بعنوان ماده‌ی انتخابی در الکترونیک
می‌تواند با سیلیکون رقابت کند و بر خلاف انتظار به کاربردهای فرکانس –
بالا و بهره ولتاژ – کم محدود نمی‌شود.

تقویت‌کننده ولتاژ (افزاره‌ای با قابلیت تقویت‌کنندگی سیگنال‌های ولتاژ
متناوب کم) جزء سازنده اصلی در الکترونیک آنالوگ است. گرافن بواسطه خواص
مکانیکی و الکتریکی بی‌نظیرش، برای استفاده در دسته افزاره‌های فنی از قبیل
ترانزیستورهای سرعت بالا و فوتونیک ایده‌آل است. با اینحال، بسیاری از
دانشمندان اعتقاد دارند که در کاربردهای مورد نیاز تقویت ولتاژ مانند تقویت‌کنندهای
آنالوگ و گیت‌های منطقی دیجیتال، نمی‌تواند با سیلیکون رقابت کند.

 
این تقویت‌کننده گرافنی.
رمان سوردان، از پلی‌تکنیک میلان و رهبر این گروه تحقیقاتی، توضیح داد: “به هر حال
بدون تقویت ولتاژ، افزاره‌های الکترونیکی گرافن بطور عمده به ترکیب‌کننده‌های
آنالوگی فرکانس بالا (بالای ۱۰۰ گیگاهرتز) محدود می‌شود. این محدودیت کاربردی این
درک کلی از گرافن را تقویت می‌کند که این ماده فقط در کاربردهای نامتعارف بدون ارزش
واقعی در دنیای کنونی استفاده می‌شود.”

او اضافه کرد که بدتر آن این است که بدلیل اینکه الکترونیک آنالوگ نمی‌تواند بدون
تقویت‌کننده‌های ولتاژ وجود داشته باشد، افزاره‌های گرافنی برای این مهم‌ترین وظیفه
(تقویت سیگنال)، نیاز به ترانزیستورهای سیلیکونی دارد. صنعت نیمه‌رسانا بطور کلی از
چنین فناوری‌های هیبریدی گران استقبال نمی‌کند.

طبق گفته سوردان و همکارانش اگرچه این افزاره اولین تقویت‌کننده گرافنی‌شان است،
عملکرد قابل‌توجهی دارد؛ با یک پاسخ فرکانسی مسطح به خوبی از محدوده شنیداری (بالای
۲۰ کیلوهرتز) پیشی می‌گیرد، و یک اعوجاج هارمونیکی کلی بسیار کمی دارد.

تا قبل از این کار، فقط یک گزارش در مورد تقویت ولتاژ با افزاره گرافنی بود که مشکل
بودن ساخت چنین افزاره‌ای را نشان می‌داد. این افزاره مجتمع نشده بود و بنابراین
برای عمل کردن به خازن‌ها و القاگرهای فلزی خارجی نیاز داشت. بعلاوه بهره ولتاژ آن
برای استفاده عمومی به اندازه کافی بزرگ نبود.

براستی رسیدن به تقویت سیگنال در افزاره‌های گرافنی آسان نیست. سوردان گفت: “افزاره
ما از آنجایی که یک تقویت سه و هفت دهمی (مثبت یازده و چهار دهم دسیبل) دارد، یک
تقویت‌کننده واقعی است.” در یک افزاره تقویت (یا بهره ولتاژ) باید بزرگ‌تر از یک
باشد، تا آن را تقویت‌کننده نامید.

این محققان جزئیات نتایج کار تحقیقاتی خود را در مجله‌ی Small منتشر کرده‌اند.