Onderzoekers van de Universiteit van Tokyo hebben een elektrisch bestuurbaar dalstroomapparaat gedemonstreerd dat de weg kan effenen voor ultra-low-power "valleytronics" -apparaten.

Op atomaire schaal is materie gedraagt ​​zich zowel als een deeltje als als een golf. elektronen, daarom, hebben een bijbehorende golflengte die gewoonlijk veel verschillende waarden kan hebben. In kristallijne systemen echter, bepaalde golflengten kunnen de voorkeur hebben. grafeen, bijvoorbeeld, heeft twee favoriete golflengten die bekend staan ​​als K en K' (K prime). Dit betekent dat twee elektronen in grafeen dezelfde energie kunnen hebben maar verschillende golflengten - of, met andere woorden, verschillende "vallei".

Elektronica gebruikt lading om informatie weer te geven, maar wanneer lading door een materiaal stroomt, een deel van de energie wordt afgevoerd als warmte, een probleem voor alle elektronische apparaten die tegenwoordig worden gebruikt. Echter, als dezelfde hoeveelheid elektronen in een kanaal in tegengestelde richtingen stromen, er wordt geen netto lading overgedragen en er wordt geen warmte afgevoerd - maar in een normaal elektronisch apparaat zou dit betekenen dat er ook geen informatie werd doorgegeven. Een valleytronics-apparaat dat informatie verzendt met behulp van pure dalstroom, waar elektronen met dezelfde vallei in één richting stromen, zou deze beperking niet hebben, en biedt een weg naar het realiseren van apparaten met een extreem laag vermogen.

Experimentele studies over dalstroom zijn pas onlangs begonnen. Controle van dalstroom in een grafeenmonolaag is aangetoond, maar alleen onder zeer specifieke omstandigheden en met beperkte controle over de conversie van laadstroom naar dalstroom. Om ervoor te zorgen dat dalstroom een ​​levensvatbaar alternatief is voor op stroom gebaseerde moderne elektronica, het is noodzakelijk om de conversie tussen laadstroom en dalstroom over een breed bereik bij hoge temperaturen te regelen.

Nutsvoorzieningen, Professor Seigo Tarucha's onderzoeksgroep bij de afdeling Toegepaste Natuurkunde van de Graduate School of Engineering heeft een elektrisch regelbaar dalstroomapparaat ontwikkeld dat conventionele elektrische stroom omzet in dalstroom, passeert het door een lang (3,5 micron) kanaal, zet vervolgens de dalstroom weer om in laadstroom die kan worden gedetecteerd door een meetbare spanning. De onderzoeksgroep gebruikte een grafeendubbellaag ingeklemd tussen twee isolatorlagen, met het hele apparaat ingeklemd tussen twee geleidende lagen of 'poorten', waardoor de controle over de vallei mogelijk is.

De groep bracht dalstroom over een afstand die groot genoeg was om andere mogelijke concurrerende verklaringen voor hun resultaten uit te sluiten en was in staat om de efficiëntie van dalstroomconversie over een breed bereik te regelen. Het apparaat werkte ook bij temperaturen die veel hoger waren dan verwacht. "We meten onze apparaten meestal bij temperaturen lager dan het liquefactiepunt van helium (-268,95 C, slechts 4,2 K boven het absolute nulpunt) om dit soort verschijnselen te detecteren, " zegt dr. Yamamoto, een lid van de onderzoeksgroep. "We waren verrast dat het signaal zelfs bij -203,15 C (70 K) kon worden gedetecteerd. het is misschien mogelijk om apparaten te ontwikkelen die bij kamertemperatuur kunnen werken."

"Valleistroom, in tegenstelling tot laadstroom is niet dissipatief. Dit betekent dat er geen energie verloren gaat tijdens de overdracht van informatie, " zegt professor Tarucha. Hij vervolgt, "Nu stroomverbruik een groot probleem wordt in moderne elektronica, Valley Current-gebaseerde apparaten openen een nieuwe richting voor toekomstige computerapparaten met een ultra-laag stroomverbruik."