Een interdisciplinair team van de Ruhr-Universität Bochum heeft een manier gevonden om toegang te krijgen tot het inwendige van transistoren. De onderzoekers hebben het elektronengas gemanipuleerd door resonatoren toe te passen om ritmische oscillatie in het terahertz-bereik binnenin te genereren. Ze deelden hun bevindingen in het magazine Wetenschappelijke rapporten .

Transistoren kunnen niet alleen met spanningen worden gemanipuleerd

Gebruikt voor schakelen en versterken, transistors zijn fundamentele elementen van moderne elektronica. Door een specifieke spanning extern op een transistor aan te leggen, een elektrische stroom wordt binnen geregeld, die, beurtelings, genereert een nieuwe spanning. Vergeleken met de extern aangelegde spanning, de nieuwe spanning kan worden versterkt, kan oscilleren of er logisch mee verbonden zijn. Om via elektrische stroom en spanning met hun omgeving te communiceren, transistors bevatten ultradunne elektronenlagen, zogenaamde 2D-elektronengassen. Het RUB-team toonde aan dat deze gassen niet alleen via gelijkstroom en hoogfrequente spanningen kunnen worden geregeld.

Elektronengas kan worden geoscilleerd als gelei

"Een 2D-elektronengas is als gelei, " legt prof. dr. Andreas Wieck van de leerstoel Toegepaste Vaste-stoffysica uit. "Als er van bovenaf elektrisch druk wordt uitgeoefend op het gas met een karakteristieke frequentie, dikte- en dichtheidsoscillaties worden gegenereerd." Dienovereenkomstig, het gas kan worden gemanipuleerd via elektrische krachten, die veel sneller oscilleert dan welke radio- of microgolffrequentie dan ook. Omdat het een dikte heeft van ongeveer tien nanometer, de trillingen volgen de wetten van de kwantummechanica. Dit betekent:alle optredende trillingen hebben een bepaalde frequentie, namelijk in het terahertz-bereik, d.w.z. in het bereik van 1012 Hertz. "Er moet druk worden uitgeoefend op het elektronengas in die snelle verandering, " legt Wieck uit. Andreas Wieck, Dr Shovon Pal, Dr. Nathan Jukam en andere collega's van de werkgroep Terahertz Spectroscopie en Technologie en van de leerstoel voor elektronische materialen en nano-elektronica hebben een manier gevonden om de vereiste oscillaties te activeren. Dus, er is een nieuwe methode ontwikkeld om toegang te krijgen tot het inwendige van een transistor.

Resonatoren genereren dikte-oscillaties

Honderd nanometer boven het elektronengas, de RUB-onderzoekers verdampten een reeks identieke metalen resonatoren die kunnen oscilleren met de vereiste vaste frequentie. Het elektronengas was ingebed in een halfgeleider en kon worden gewijzigd via externe gelijkspanning, het zou namelijk wat dikker of dunner gemaakt kunnen worden. De dikte bepaalt de frequentie waardoor het gas optimaal oscilleert. Externe spanning inzetten, konden de onderzoekers het elektronengas afstemmen op de resonatoren, d.w.z. pas het gas zo aan dat de wisselende elektrische druk van de resonatoren het optimaal prikkelt om in het terahertz-bereik te oscilleren.

Sensoren voor chemische en milieutechnologie

Deze methode kan interessant zijn voor sensoren in chemische en milieutoepassingen, zoals de onderzoekers suggereren. Dit komt omdat oscillaties van moleculen meestal plaatsvinden in het terahertz-bereik. Met gemodificeerde transistoren, dergelijke trillingen kunnen worden geregistreerd en er kunnen sensoren worden ontwikkeld die reageren op de frequenties van bepaalde gassen of vloeistoffen.