Geometrinen diodi

Äärimmäisen pienessä geometriassa ja oikeissa olosuhteissa elektroneja voidaan käsitellä kuin hiukkasia. Jos elektronit sisältyvät johtoon ja symmetria katkeaa, elektronit voidaan kanavoida ensisijaisesti toiseen suuntaan ja estää toiseen, muodostaen näin sähköisen diodin.

Pohjois-Carolinan yliopiston tutkijat Chapel Hillissä ovat tehneet yksisuuntaisen tien elektroneille, mikä saattavat avata laitteille kyvyn prosessoida erittäin nopeaa langatonta dataa ja kerätä samanaikaisesti energiaa käyttövirran saamiseksi.

Tutkijat tekivät tämän muotoilemalla piitä mikroskooppisissa mitoissa luoden eräänlaisen suppilon tai räikän elektroneille.

Tämä menetelmä ylittää aikaisemman tekniikan nopeusrajoitukset poistamalla rajapintoja, joilla on taipumus hidastaa laitteita. "Tämä työ on jännittävä, koska se voisi mahdollistaa tulevaisuuden, jossa esimerkiksi pienen tehonkäytön älykellot ladataan langattomasti jo vastaanottamastaan datasta tarvitsematta koskaan poistaa niitä käyttäjän ranteelta", kertoi James Custer Jr., jatko-opiskelija UNC-Chapel Hillin taiteiden ja tieteiden korkeakoulussa.

Perinteisesti diodit vaativat rajapintoja materiaalien, kuten n- ja p-tyyppisten puolijohteiden tai puolijohteiden ja metallien välillä. Näissä rakenteissa kapasitanssi rajoittaa niiden toimintataajuutta.

Nyt luodut geometriset diodit on valmistettu yhdestä materiaalista ja yksinkertaisesti hyödyntävät nanometristä geometriaa suuntaamaan varauksia ensisijaisesti yhteen suuntaan.

Tutkijoiden mukaan kokonaan piistä valmistettu diodi pystyy suuntaamaan virtauksia jopa 40 gigahertsillä huonelämpötilassa.

Ne on valmistettu piin nanolangoista, joissa on lieriömäinen profiili, joka toimii räikkänä ja kanavoi virtaa ensisijaisesti yhteen suuntaan elektronien kvasiballististen heijastuksien kautta.

Räikkävaikutuksilla on tärkeä merkitys järjestelmissä mekaanisista laitteista aina biologisiin moottoriproteiineihin. Periaatteena on muuttaa heilahteleva, suuntaamaton voima yksisuuntaiseksi liikkeeksi. Nyt tutkijat toteuttavat sen elektronien tasolla puolijohteisen nanolangan tarkkaan suunnitellulla epäsymmetrialla.

"Sähköiset diodit ovat elektroniikan peruskomponentti ja tuloksemme osoittavat, että erittäin korkeilla taajuuksilla toimivien diodien suunnittelulle voisi olla täysin erilainen paradigma", toteaa professori James Cahoon.

"Tulokset ovat mahdollisia, koska kasvatamme rakenteita alhaalta ylöspäin käyttämällä synteettistä prosessia, joka tuottaa geometrisesti tarkkoja, yksikiteisiä materiaaleja."

"Suuri osa tämän alan työstä on aikaisemmin tehty kalliilla materiaaleilla kryogeenisissä lämpötiloissa, mutta työmme korostaa, että suhteellisen halvalla piissä tehdyt geometriset diodit voivat toimia huoneenlämpötilassa, mikä jopa yllätti meidät aluksi", muistelee James Custer. "Toivomme tuloksemme herättävän kiinnostusta geometrisista diodeista."

Aiheesta aiemmin:

Diodi magneettikentille

Lähes ideaalinen diodi

Uusi diodi muuttaa lämpöä sähköksi