(Phys.org) —Al tientallen jaren elektronische apparaten worden steeds kleiner, en kleiner, en kleiner. Het is nu mogelijk, zelfs routinematig, om miljoenen transistors op een enkele siliciumchip te plaatsen.

Maar transistors op basis van halfgeleiders kunnen maar zo klein worden. "In het tempo waarin de huidige technologie vordert, over 10 of 20 jaar, kleiner kunnen ze niet worden, " zei natuurkundige Yoke Khin Yap van de Michigan Technological University. "Ook, halfgeleiders hebben nog een nadeel:ze verspillen veel energie in de vorm van warmte."

Wetenschappers hebben geëxperimenteerd met verschillende materialen en ontwerpen voor transistors om deze problemen aan te pakken, altijd halfgeleiders zoals silicium gebruiken. Terug in 2007, Yap wilde iets anders proberen dat de deur zou kunnen openen naar een nieuw tijdperk van elektronica.

"Het idee was om een ​​transistor te maken met behulp van een isolator op nanoschaal met metalen op nanoschaal erop, " zei hij. "In principe, je zou een stuk plastic kunnen pakken en een handvol metaalpoeders erop kunnen strooien om de apparaten te maken, als je het goed doet. Maar we probeerden het op nanoschaal te creëren, dus kozen we een isolator op nanoschaal, boornitride nanobuizen, of BNNT's voor het substraat."

Yap's team had bedacht hoe ze virtuele tapijten konden maken van BNNT's, die toevallig isolatoren zijn en dus zeer goed bestand zijn tegen elektrische lading. Met behulp van lasers, het team plaatste vervolgens kwantumdots (QD's) van goud zo klein als drie nanometer breed op de toppen van de BNNT's, het vormen van QD's-BNNT's. BNNT's zijn ideale substraten voor deze kwantumdots vanwege hun kleine, regelbaar, en uniforme diameters, evenals hun isolerende karakter. BNNT's beperken de grootte van de punten die kunnen worden gedeponeerd.

In samenwerking met wetenschappers van Oak Ridge National Laboratory (ORNL), ze schoten elektroden aan beide uiteinden van de QDs-BNNT's bij kamertemperatuur, en er gebeurde iets interessants. Elektronen sprongen heel precies van gouden stip naar gouden stip, een fenomeen dat bekend staat als kwantumtunneling.

"Stel je voor dat de nanobuisjes een rivier zijn, met een elektrode op elke bank. Stel je nu een paar heel kleine stapstenen voor over de rivier, ' zei Yap. 'De elektronen sprongen tussen de gouden stapstenen. De stenen zijn zo klein, je kunt maar één elektron tegelijk op de steen krijgen. Elk elektron gaat op dezelfde manier voorbij, dus het apparaat is altijd stabiel."

Het team van Yap had een transistor gemaakt zonder halfgeleider. Als er voldoende spanning is aangelegd, het schakelde over naar een geleidende toestand. Wanneer de spanning laag of uitgeschakeld was, het keerde terug naar zijn natuurlijke staat als een isolator.

Verder, er was geen "lekkage":er ontsnapten geen elektronen van de gouden stippen in de isolerende BNNT's, waardoor het tunnelkanaal koel blijft. In tegenstelling tot, silicium is onderhevig aan lekkage, die energie verspilt aan elektronische apparaten en veel warmte genereert.

Andere mensen hebben transistors gemaakt die gebruikmaken van kwantumtunneling, zegt Michigan Tech-fysicus John Jaszczak, die het theoretische kader voor het experimentele onderzoek van Yap heeft ontwikkeld. Echter, die tunneling-apparaten hebben alleen gewerkt in omstandigheden die de typische mobiele telefoongebruiker zouden ontmoedigen.

"Ze werken alleen bij vloeibare heliumtemperaturen, ' zei Jaszczak.

Het geheim van Yap's goud-en-nanobuis-apparaat is de submicroscopische grootte:één micron lang en ongeveer 20 nanometer breed. "De gouden eilanden moeten in de orde van nanometers zijn om de elektronen bij kamertemperatuur te regelen, " zei Jaszczak. "Als ze te groot zijn, te veel elektronen kunnen stromen." In dit geval kleiner is echt beter:"Werken met nanobuisjes en kwantumdots brengt je op de schaal die je wilt voor elektronische apparaten."

"Theoretisch, deze tunnelkanalen kunnen worden geminiaturiseerd tot een vrijwel nul-dimensie wanneer de afstand tussen de elektroden wordt verkleind tot een kleine fractie van een micron, " zei Jaap.

Yap heeft een volledig internationaal patent aangevraagd op de technologie.