Natuurkundigen hebben een innovatieve methode ontwikkeld die een efficiënt gebruik van nanocomponenten in elektronische schakelingen mogelijk maakt. Om dit te behalen, ze hebben een lay-out ontwikkeld waarin een nanocomponent is verbonden met twee elektrische geleiders, die het elektrische signaal op een zeer efficiënte manier ontkoppelen. De wetenschappers van de afdeling Natuurkunde en het Zwitserse Nanoscience Institute van de Universiteit van Basel hebben hun resultaten gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Natuurcommunicatie samen met hun collega's van ETH Zürich.

Elektronische componenten worden steeds kleiner. In onderzoekslaboratoria worden nu al componenten gemaakt van slechts enkele nanometers groot – zo’n tien atomen groot. Dankzij miniaturisatie, talrijke elektronische componenten kunnen in beperkte ruimtes worden geplaatst, waardoor de prestaties van elektronica in de toekomst nog verder zullen toenemen.

Teams van wetenschappers over de hele wereld onderzoeken hoe dergelijke nanocomponenten kunnen worden geproduceerd met behulp van koolstofnanobuisjes. Deze buizen hebben unieke eigenschappen – ze bieden een uitstekende warmtegeleiding, kan sterke stromingen weerstaan, en zijn geschikt voor gebruik als geleiders of halfgeleiders. Echter, signaaloverdracht tussen een koolstofnanobuis en een aanzienlijk grotere elektrische geleider blijft problematisch omdat grote delen van het elektrische signaal verloren gaan door de reflectie van een deel van het signaal.

Antireflex verhoogt de efficiëntie

Een soortgelijk probleem doet zich voor bij lichtbronnen in een glazen object. Door de wanden wordt veel licht gereflecteerd, wat betekent dat slechts een klein deel de buitenkant bereikt. Dit kan worden tegengegaan door een antireflex coating op de wanden aan te brengen.

Onder leiding van professor Christian Schönenberger, wetenschappers in Bazel nemen nu een vergelijkbare benadering van nano-elektronica. Ze hebben een antireflexapparaat voor elektrische signalen ontwikkeld om de reflectie te verminderen die optreedt tijdens transmissie van nanocomponenten naar grotere circuits. Om dit te doen, ze creëerden een speciale formatie van elektrische geleiders van een bepaalde lengte, die zijn gekoppeld aan een koolstofnanobuis. Zo konden de onderzoekers efficiënt een hoogfrequent signaal ontkoppelen van de nanocomponent.

Verschillen in impedantie veroorzaken het probleem

Het koppelen van nanostructuren met aanzienlijk grotere geleiders bleek moeilijk omdat ze zeer verschillende impedanties hebben. Hoe groter het verschil in impedantie tussen twee geleidende structuren, hoe groter het verlies tijdens de transmissie. Het verschil tussen nanocomponenten en macroscopische geleiders is zo groot dat er geen signaal wordt verzonden tenzij er tegenmaatregelen worden genomen. Het antireflexapparaat minimaliseert dit effect en past de impedanties aan, wat leidt tot een efficiënte koppeling. Dit brengt de wetenschappers aanzienlijk dichter bij hun doel om nanocomponenten te gebruiken om signalen in elektronische onderdelen te verzenden.