Onderzoekers van de Universiteit van North Carolina in Chapel Hill hebben een eenrichtingsverkeer gemaakt voor elektronen die de mogelijkheid voor apparaten kunnen ontsluiten om ultrasnelle draadloze gegevens te verwerken en tegelijkertijd energie te oogsten voor stroom. De onderzoekers deden dit door silicium op microscopische schaal te vormen tot een trechter, of "ratel, " voor elektronen.

Deze methode overwint de snelheidsbeperkingen van eerdere technologieën door interfaces te verwijderen die de neiging hebben om apparaten te vertragen." a laat iemands pols, " zei James Custer Jr., een doctoraatsstudent in UNC-Chapel Hill's College of Arts &Sciences.

De bevindingen werden op 10 april gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschap . Custer is hoofdauteur. Hij werkte met medewerkers aan de Duke- en Vanderbilt-universiteiten.

Elektronen geleiden elektrische stroom, en ze geven meestal niet om de vorm van de draad waarin de stroom vloeit. Nog, als dingen heel klein worden, vorm begint ertoe te doen. De trechters zijn hier ultraklein, meer dan een miljoen keer kleiner dan een typische elektrische draad. Als resultaat, de elektronen binnenin gedragen zich als biljartballen - vrij stuiteren van oppervlakken. De asymmetrische trechtervorm zorgt er vervolgens voor dat de elektronen bij voorkeur in één richting stuiteren. In werkelijkheid, de elektronen worden gedwongen eenrichtingsverkeer te volgen.

Onder een gelijkstroom (DC) spanning, de trechter maakt het gemakkelijker voor stroom om in voorwaartse richting te stromen dan in omgekeerde richting, het maken van een elektrische diode. Wanneer wisselstroom (AC) wordt toegepast, de structuur laat nog steeds maar in één richting stroom stromen, gedraagt ​​zich als een ratel en zorgt ervoor dat elektronen zich aan één kant ophopen. Dit proces is als een dopsleutel, die ratelt kracht om fysieke beweging in slechts één richting te produceren.

Het werk heeft aangetoond dat deze elektronenratels "geometrische diodes" creëren die bij kamertemperatuur werken en ongekende mogelijkheden kunnen ontsluiten in het illusoire terahertz-regime.

"Elektrische diodes zijn een basiscomponent van elektronica, en onze resultaten suggereren dat er een heel ander paradigma zou kunnen zijn voor het ontwerp van diodes die op zeer hoge frequenties werken, " zei James Cahoon, een universitair hoofddocent scheikunde. Cahoon is corresponderend auteur en leidde de onderzoeksgroep van het onderzoek. "De resultaten zijn mogelijk omdat we de structuren van onderaf laten groeien, met behulp van een synthetisch proces dat geometrisch nauwkeurige, monokristallijne materialen."

De elektronenratels worden gemaakt door een proces dat eerder is ontwikkeld in de Cahoon-groep, genaamd ENGRAVE, wat staat voor "Encoded Nanowire Growth and Appearance through VLS and Etching." ENGRAVE gebruikt een damp-vloeistof-vast proces om chemisch monokristallijne cilinders van silicium te laten groeien, nanodraden genoemd, met nauwkeurig gedefinieerde geometrie.

"Veel van het werk op dit gebied is eerder gedaan met dure materialen bij cryogene temperaturen, maar ons werk benadrukt dat geometrische diodes gemaakt met relatief goedkoop silicium bij kamertemperatuur kunnen functioneren, die ons in eerste instantie zelfs verbaasde, "Zei Custer. "We hopen dat onze resultaten een golf van interesse in geometrische diodes opwekken."

Diodes vormen de ruggengraat van alle technologie; ze stellen computers in staat om gegevens te verwerken door signalen te coderen als enen en nullen. traditioneel, diodes vereisen interfaces tussen materialen, zoals tussen n-type en p-type halfgeleiders of tussen halfgeleiders en metalen. Daarentegen, geometrische diodes zijn gemaakt van een enkel materiaal en gebruiken eenvoudig vorm om ladingen bij voorkeur in één richting te richten.

Met voortdurende ontwikkeling, nanodraad-elektronenratels beloven een snelle, eenrichtingsverkeer naar nieuwe technologieën.