Graphenes højhastigheds vippe

En ny transistor, der er i stand til at revolutionere teknologier til medicinsk billeddannelse og sikkerhedsscreening, er udviklet af grafenforskere fra universiteterne i Manchester og Nottingham.

Skriver ind Naturkommunikation , forskerne rapporterer den første grafenbaserede transistor med bistabile egenskaber, hvilket betyder, at enheden spontant kan skifte mellem to elektroniske tilstande. Sådanne enheder er i stor efterspørgsel som udsendere af elektromagnetiske bølger i højfrekvensområdet mellem radar og infrarød, relevant til applikationer såsom sikkerhedssystemer og medicinsk billeddannelse.

Bistabilitet er et almindeligt fænomen-et vippeagtigt system har to ækvivalente tilstande, og små forstyrrelser kan udløse spontan skifte mellem dem. Den måde, hvorpå ladningsbærende elektroner i grafen-transistorer bevæger sig, gør dette skifte utrolig hurtigt-billioner af kontakter i sekundet.

Vidundermateriale grafen er verdens tyndeste, stærkeste og mest ledende materiale, og har potentiale til at revolutionere et stort antal forskellige applikationer; fra smartphones og ultrahurtigt bredbånd til levering af lægemidler og computerchips. Det blev først isoleret på University of Manchester i 2004.

Enheden består af to lag grafen adskilt af et isolerende lag af bornitrid, der kun er et par atomlag tykke. Elektronskyerne i hvert grafenlag kan indstilles ved at anvende en lille spænding. Dette kan foranledige elektronerne til en tilstand, hvor de bevæger sig spontant ved høj hastighed mellem lagene.

Fordi det isolerende lag, der adskiller de to grafenplader, er ultratyndt, elektroner er i stand til at bevæge sig gennem denne barriere ved 'kvantetunnel'. Denne proces inducerer en hurtig bevægelse af elektrisk ladning, som kan føre til udsendelse af højfrekvente elektromagnetiske bølger.

Disse nye transistorer udviser den væsentlige signatur af en kvante vippe, kaldet negativ differentiel konduktans, hvorved den samme elektriske strøm strømmer ved to forskellige påførte spændinger. Det næste trin for forskere er at lære at optimere transistoren som en detektor og emitter.

En af forskerne, Professor Laurence Eaves, sagde:"Ud over dets potentiale inden for medicinsk billeddannelse og sikkerhedsscreening, grafenenhederne kunne også integreres på en chip med konventionelle, eller andre grafenbaserede, elektroniske komponenter til at levere nye arkitekturer og funktionalitet.

"I mere end 40 år har teknologi har ført til stadig mindre transistorer; en tour de force of engineering, der har forsynet os med nutidens topmoderne siliciumchips, der indeholder milliarder af transistorer. Forskere leder efter et alternativ til siliciumbaseret teknologi, som sandsynligvis rammer bufferne om et par år, og grafen kan være et svar. "

"Grafenforskning er relativt moden, men flerlags-enheder fremstillet af forskellige atom-tynde materialer, såsom grafen, blev først rapporteret for kun et år siden. Denne arkitektur kan bringe mange flere overraskelser", tilføjer Dr. Liam Britnell, University of Manchester, den første forfatter til papiret.