Znaleźli źródło szumu różowego

Rozwiązanie liczącej sobie niemal 90 lat zagadki pozwoli na dalsze udoskonalanie urządzeń elektronicznych. Uczonym udało się określić pochodzenie tzw. szumu różowego zwanego też szumem 1/f. Szum ten, czyli zakłócenia sygnału, odkryto po raz pierwszy w 1925 roku w lampach elektronowych. Z czasem okazało się, że jest on obecny praktycznie wszędzie. Szum różowy wpływa np. na poziom szumu fazowego w radarach czy telefonach komórkowych, dlatego też od dziesiątków lat trwają badania mające na celu znalezienie jego żródła. Naukowcy zastanawiali się czy powstaje on na powierzchni czy też wewnątrz przewodników elektrycznych.

Teraz grupa profesora Alexandra A. Baladina z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Riverside, w skład której wchodzili uczeni z UC Riverside, Rensselaer Polytechnic Institute oraz Instytutu Fizyczno-Technicznego im. Joffego Rosyjskiej Akademii Nauk odkryli źródło szumu 1/f.

Podczas swoich badań uczeni wykorzystali wielowarstwowe próbki grafenu, których grubość wahała się od 15 do 1 warstwy atomów. Kluczem do sukcesu był fakt, że, w przeciwieństwie do warstw metali czy półprzewodników, grubość wielowarstwowego grafenu może być w sposób ciągły i jednolity zmniejszana aż do warstwy jednoatomowej. Dzięki wielowarstwowemu grafenowi mogliśmy zatem osiągnąć to, czego w ubiegłym wieku nie mogli osiągnąć badacze posługujący się metalem. Bezpośrednio zbadaliśmy pochodzenie szumu 1/f - mówi Balandin. Uczony dodał, że wcześniej nie było możliwe badanie metali o grubości mniejszej niż 8 nanometrów. Dzięki grafenowi możliwe było zbadanie powierzchni o grubości 0,35 nanometra i stopniowe zwiększanie jej grubości.

W ten sposób uczeni dowiedli, że do grubości około 7 warstw atomowych, czyli do około 2,5 nanometra, dominuje szum różowy z powierzchni. W grubszych przewodnikach dominuje szum pochodzących z ich wnętrza.

Badania te są istotne nie tylko dla wiedzy jako takiej. Pozwolą nam na dalszą miniaturyzację elektroniki. Obecnie wykorzystywane technologie są już zminiaturyzowane do tego stopnia, że wiele podzespołów elektronicznych składa się z samej tylko powierzchni. Nasze badania wykraczają zatem daleko poza grafen - cieszy się Balandin.

szum różowy szum 1/f Alexander A. Balandin zakłócenia