Onderzoekers die krachtige supercomputers gebruiken, hebben een manier gevonden om microgolven te genereren met goedkoop silicium, een doorbraak die de kosten drastisch kan verlagen en apparaten zoals sensoren in zelfrijdende voertuigen kan verbeteren.

"Tot nu, dit werd als onmogelijk beschouwd, " zei CR Selvakumar, een ingenieursprofessor aan de Universiteit van Waterloo die het concept enkele jaren geleden voorstelde.

Hoogfrequente microgolven dragen signalen in een breed scala aan apparaten, inclusief de radareenheden die de politie gebruikt om snelheidsovertreders en botsingsvermijdende systemen in auto's te vangen.

De microgolven worden meestal gegenereerd door apparaten die Gunn-diodes worden genoemd, die profiteren van de unieke eigenschappen van dure en giftige halfgeleidermaterialen zoals galliumarsenide.

Wanneer spanning op galliumarsenide wordt toegepast en vervolgens wordt verhoogd, de elektrische stroom die er doorheen loopt neemt ook toe, maar slechts tot een bepaald punt. Voorbij dat punt, de stroom neemt af, een eigenaardigheid die bekend staat als het Gunn-effect dat resulteert in de emissie van microgolven.

Hoofdonderzoeker Daryoush Shiri, een voormalige Waterloo-doctoraatsstudent die nu werkt aan de Chalmers University of Technology in Zweden, gebruikte computationele nanotechnologie om aan te tonen dat hetzelfde effect kan worden bereikt met silicium.

De op één na meest voorkomende stof op aarde, silicium zou veel gemakkelijker te vervaardigen zijn en kost ongeveer een twintigste zoveel als galliumarsenide.

De nieuwe technologie omvat silicium nanodraden die zo klein zijn dat er 100, 000 van hen gebundeld om de dikte van een mensenhaar te evenaren.

Complexe computermodellen toonden aan dat als silicium nanodraden werden uitgerekt terwijl er spanning op werd toegepast, het Gunn-effect, en dus de emissie van microgolven, geïnduceerd zou kunnen worden.

"Met de komst van nieuwe nanofabricagemethoden, het is nu gemakkelijk om bulksilicium in nanodraadvormen te vormen en voor dit doel te gebruiken, ' zei Shiri.

Selvakumar zei dat het theoretische werk de eerste stap is in een ontwikkelingsproces dat zou kunnen leiden tot veel goedkopere, meer flexibele apparaten voor het genereren van microgolven.

Het rekmechanisme zou ook kunnen dienen als een schakelaar om het effect aan en uit te zetten, of verander de frequentie van microgolven voor een groot aantal nieuwe toepassingen die nog niet eens zijn bedacht.

"Dit is slechts het begin, " zei Selvakumar, een professor in elektrische en computertechniek. "Nu zullen we zien waar het heen gaat, hoe het zal uitpakken."

Shiri werkte ook samen met onderzoekers Amit Verma, Reza Nekovei, Andreas Isacsson en M.P. Anantram aan universiteiten in de Verenigde Staten en Zweden.

Hun werk is onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschappelijke rapporten .