Elektroniikka valon nopeudella30.12.2019 Kuva siitä, kuinka elektronit voidaan kuvitella liikkuvan metallisen nanoantennin kahden varren välillä yksijaksoisen valoaallon ohjaamana. Eurooppalainen tutkijaryhmä, mukaan lukien fyysikot Konstanzin yliopistosta, on löytänyt tavan kuljettaa elektroneja alle femtosekuntien ajassa manipuloimalla niitä valolla. Nykyaikainen elektronisia komponentteja voidaan kytkeä päälle tai pois päältä sisällä pikosekuntien (10-12 sekuntia) aikaskaaloissa. Nopeuden lisääminen tästä edelleen on osoittautunut haasteeksi. Tutkijoiden tekemä koesarja osoittaa, että elektronit voidaan saada liikkumaan alle femtosekunnin nopeudella, toisin sanoen nopeammin kuin 10-15 sekuntia, manipuloimalla niitä räätälöityjen valoaaltojen avulla. "Tämä saattaa hyvinkin olla elektroniikan kaukainen tulevaisuus", toteaa ultranopeiden ilmiöiden ja fotoniikan professori Alfred Leitenstorfer. "Kokeilumme yksittäisien syklien valopulsseilla ovat saaneet elektronien kuljetuksen attosekuntien alueelle". Valo värähtelee taajuuksilla, jotka ovat vähintään tuhat kertaa korkeammat kuin puhtaasti elektronisilla piireillä saavutettavat. Leitenstorfer ja hänen tiiminsä uskovat, että elektroniikan tulevaisuus on integroiduissa plasmonisissa ja optoelektronisissa laitteissa, jotka toimivat yksittäisien elektronien tilassa optisilla taajuuksilla. "Tämä on kuitenkin vasta perustutkimusta ja sen toteuttaminen voi viedä vuosikymmeniä", hän varoittaa. Tutkijoiden kehittämässä kokeellisessa kokoonpanossa oli mukana nanomittakaavan kulta-antennit sekä ultranopea laser, joka pystyy emittoimaan sata miljoonaa yhden syklin valopulssia sekunnissa mitattavan virran tuottamiseksi. Optisen antennin solmukemainen rakenne mahdollistaa laserpulssin keskittämisen kuuden nanometrin levyiseen aukkoon. Seurauksena elektronin metallista tunneloitumisen erittäin epälineaarisesta luonteesta ja kiihtyvyydestä optisessa kentässä olevan raon yli tutkijat pystyivät kytkemään elektronisia virtauksia noin 600 attosekunnin nopeudella. Tutkimus tarjoaa uuden lähestymistavan elektronidynamiikkaan, jota nanomittakaavassa ohjataan optisten kenttien avulla. Tutkijat jatkavat edelleen selvittääkseen elektronien kulkua atomien aika- ja pituusasteikoilla entistäkin hienojakoisemmissa piirirakenteissa, joiden mitat ovat pikometrejä. Aiheesta aiemmin: |
Nanotekniikka on tulevaisuuden lupaus. Näillä sivuilla seurataan elektroniikkaa sekä tieto- ja sähkötekniikkaa sivuavia nanoteknisiä tiedeuutisia.