Bij conventionele elektronica er wordt veel moeite gedaan om stochastische resonantie (SR) te elimineren - het vervelende gesis dat over het algemeen de detectie van zwakke signalen belemmert en de algehele apparaatprestaties verslechtert. Maar, wat als er een manier zou zijn om dit effect te benutten om de signaaloverdracht voor een nieuwe generatie apparaten te verbeteren, zoals bio-geïnspireerde sensoren en computerprocessors waarvan het ontwerp is gebaseerd op de neurale netwerken van de hersenen?

Onderzoekers van de Osaka University in Japan werken eraan om precies dat te bereiken, met behulp van enkelwandige koolstofnanobuizen (SWNT's). Ze creëerden een optelnetwerk SR-apparaat dat subdrempelsignalen detecteert, vervaardigd met een zelfruiscomponent. De onderzoekers rapporteren deze week hun bevindingen in het tijdschrift Technische Natuurkunde Brieven .

"De functionele mogelijkheden van ons netwerk SR-apparaat, die vertrouwt op dichte nanomaterialen en gebruik maakt van intrinsieke spontane ruis bij kamertemperatuur, bieden een glimp van toekomstige bio-geïnspireerde elektronische apparaten, " zei Megumi Akai-Kasaya, assistent-professor aan de universiteit van Osaka.

Onderzoekers weten de afgelopen decennia dat sommige dieren SR gebruiken om de transmissie of detectie van signalen onder de detectiedrempel te verbeteren. Peddelvissen die in modderige rivieren leven, bijvoorbeeld, kan detecteren, en dus voeden, het dichtstbijzijnde plankton alleen wanneer er elektrisch achtergrondgeluid afkomstig is van een andere planktonmassa. Het achtergrondgeluid wordt gebruikt om de signalen van het nabijgelegen plankton te versterken. Rivierkreeften gebruiken ook SR, die deel uitmaakt van het mechanische geluid in water, om subtiele bewegingen van roofdieren te detecteren.

Er zijn ook aanwijzingen dat het menselijk brein SR gebruikt bij visuele verwerking. Niet-detecteerbare lichtsignalen naar het rechteroog worden detecteerbaar door de toevoeging van ruis aan het linkeroog. Recenter, onderzoekers hebben ontdekt dat het toevoegen van willekeurige ruis zoals SR, op de juiste manier, naar elektronische apparaten kan de detecteerbaarheid van signalen en de transmissie-efficiëntie van informatie vergroten.

Er zijn twee basisvereisten voor het ontwikkelen van een SR-gebaseerd elektronisch apparaat:een signaaldetectiedrempel en de aanwezigheid van extra ruis. Om aan deze vereisten in hun SWNT-apparaat te voldoen, het onderzoeksteam creëerde een SWNT-netwerk waarin tot 300 koolstofnanobuisjes parallel aan elkaar werden uitgelijnd tussen chroomelektroden, wat het signaaldetectievermogen verhoogde.

Ze hebben de SWNT's gefunctionaliseerd met fosfomolybdeenzuur (PMo12) -moleculen, die stevig op grafietmaterialen kan adsorberen, alvorens het apparaat te drogen op een kookplaat bij 150 graden Celsius onder atmosferische druk. De adsorptie van de PMo12-moleculen op de SWNT's genereerde extra ruis.

"SWNT's kunnen generatoren zijn van spontane ruis, vanwege hun hoge gevoeligheid voor externe oppervlakteverstoring, "Zei Akai-Kasaya. "Wat we ontdekten, is dat de introductie van een extra disruptor - moleculaire adsorptie, en in het bijzonder met de adsorptie van PMo12 - genereerde een groot en afstembaar type elektrische ruis naast het gewone omgevingsgeluid."

De groep testte 10 verschillende moleculen geadsorbeerd in de SWNT's als ruisgeneratoren en ontdekte dat de SWNT/PMo12-combinatie meer dan twee keer zo effectief was als de andere SWNT-gefunctionaliseerde combinaties.

"SWNT's bieden een veelbelovende route voor het realiseren van een klein SR-apparaat voor het optellen van netwerken dat gebruik maakt van moleculaire thermische fluctuatie als ruisbron." zei Akai-Kasaya.