Uusia ulottuvuuksia tulevaisuuden elektroniikalle

Penn Staten tutkijoiden rakentama kaksikerroksisesta grafeenista valmistettu rakenne tarjoaa kokeellisen todisteen kyvystä hallita elektronien liikemäärää (massa x nopeus).

Näin se tarjoaisi polun elektroniikalle, joka toimii vähemmällä energialla kuin standardit piipohjaiset transistorit. Kyseessä olisikin askel kohti uutta fysiikkaa, jota kutsutaan laaksotroniikaksi (valleytronics).

Nykyiset transistorirakenteet tukeutuvat elektronien varauksiin mutta monet laboratoriot etsivät uusia tapoja manipuloida elektroneja perustuen muihin vapausasteisiin

Varaus on yksi vapausaste. Elektronin spin on toinen ja siihen perustuva spintroniikka on vielä kehitysvaiheessa. Kolmas sähköinen vapausaste on elektronien laaksotila, joka perustuu elektronien energiaan suhteessa niiden liikemäärään.

Tutkijat pistivät neljä porttia kaksikerroksisen grafeenilevyn ylä- ja alapuolelle. (kuva) Niiden välissä on 70 nanometrinen rako. Kun portteihin liitetään vastakkaissuuntaiset jännitteet, grafeenikerroksessa avautuu kaistaero, jota siinä ei yleensä ole. Tämä raon sisällä syntyy yksiulotteiset metalliset tilat, jotka ovat määrätyn suuntaisia johteita elektroneille.

Tutkijat osoittivat näin, että tällaiset metalliset langat voidaan luoda. Kuitenkin ollaan vielä kaukana sovelluksista. Sellainen vaatisi luoda rakenteeseen venttiilit, jotka ohjaavat elektronien virtausta elektronien suunnan perusteella. Siinä olisikin uusi käsite elektroniikalle, jota kutsutaan valleytroniikaksi.

Penn Staten materiaalitutkijat ovat puolestaan löytäneet prosessin, jolla he ensimmäistä kerta kasvattivat kaksiulotteista galliumnitridiä grafeenikapselointia apuna käyttäen.

Galliumnitridillä on kolmiulotteisessa muodossa laajan kaistaneron puolijohde. Sellaisia käytetään korkeiden taajuuksien ja suurten tehojen sovelluksissa.

Nyt tuotetussa kaksiulotteisessa muodossa galliumnitridi muuttuu erittäin leveän kaistaneron materiaaliksi. Sen energiaspektri kolminkertaistuu kattaen koko ultravioletin, näkyvän ja infrapunan spektrit. Siten tällä työllä on erityinen vaikutus sähköoptisiin laitteisiin, jotka manipuloivat tai lähettävät valoa.

Aaiheesta aiemmin:

Uusi tapa koodata elektroneja