Uusia ulottuvuuksia tulevaisuuden elektroniikalle

02.09.2016

Penn-grafeeni-ja-vallyetroniikka-300-t.jpgPenn 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

22.05.2020Kohti kolmatta ulottuvuutta
21.05.2020Nopempi koherentti LiDAR
20.05.2020Rautaa rajalle, vaikka ruosteisenakin
19.05.2020Uudenlaisen kvanttitutkan prototyyppi
18.05.2020Löytää edullisesti radioaaltoja
16.05.2020Suprajohtavuutta ja topologiaa
15.05.2020Kvanttimateriaali keventää tekoälyn energiantarvetta
14.05.2020Vetyä auringonvalosta
13.05.2020Uutta valoa 2D-nanolasereista
12.05.2020Vakaita perovskiitteja

Siirry arkistoon »