Strømstyring i dalen viser vej til enheder med meget lav strøm

Forskere fra University of Tokyo har demonstreret en elektrisk styrbar dalstrømsenhed, der kan bane vejen til ultra-lav-effekt "valleytronics" -enheder.

På atomskalaen, stof opfører sig både som en partikel og en bølge. Elektroner, derfor, har en tilhørende bølgelængde, der normalt kan have mange forskellige værdier. I krystallinske systemer dog visse bølgelængder kan favoriseres. Graphene, for eksempel, har to foretrukne bølgelængder kendt som K og K '(K prime). Det betyder, at to elektroner i grafen kan have den samme energi, men forskellige bølgelængder - eller, for at sige det på en anden måde, anderledes "dal".

Elektronik bruger gebyr til at repræsentere oplysninger, men når ladning strømmer gennem et materiale, noget energi spredes som varme, et problem for alle elektroniske enheder, der er i brug i dag. Imidlertid, hvis den samme mængde elektroner i en kanal flyder i modsatte retninger, ingen nettoladning overføres, og der bortledes ikke varme - men i en normal elektronisk enhed ville det betyde, at der heller ikke blev videregivet oplysninger. En valleytronics -enhed, der sender information ved hjælp af ren dalstrøm, hvor elektroner med den samme dal flyder i en retning, ville ikke have denne begrænsning, og tilbyder en rute til at realisere enheder med ekstremt lav effekt.

Eksperimentelle undersøgelser af dalstrøm er først for nylig startet. Kontrol af dalstrøm i et grafenmonolag er blevet påvist, men kun under meget specifikke forhold og med begrænset kontrol af konvertering fra ladestrøm til dalstrøm. For at dalstrøm er et levedygtigt alternativ til at oplade strømbaseret moderne elektronik, det er nødvendigt at kontrollere omdannelsen mellem ladestrøm og dalstrøm over et bredt område ved høje temperaturer.

Nu, Professor Seigo Taruchas forskningsgruppe ved Institut for Anvendt Fysik ved Graduate School of Engineering har skabt en elektrisk styrbar dalstrømsenhed, der konverterer konventionel elektrisk strøm til dalstrøm, passerer den gennem en lang (3,5 mikron) kanal, konverterer derefter dalstrømmen tilbage til ladestrøm, der kan detekteres ved en målbar spænding. Forskningsgruppen brugte et grafen -dobbeltlag klemt mellem to isolatorlag, med hele enheden klemt mellem to ledende lag eller 'porte', muliggør kontrol af dalen.

Gruppen overførte dalstrøm over en afstand, der var stor nok til at udelukke andre mulige konkurrerende forklaringer på deres resultater og var i stand til at kontrollere effektiviteten af ​​dalstrømkonvertering over et bredt område. Enheden fungerede også ved temperaturer, der var langt højere end forventet. "Vi måler normalt vores enheder ved temperaturer, der er lavere end flydningspunktet for Helium (-268,95 C, kun 4,2 K over absolut nul) for at opdage denne type fænomener, "siger Dr. Yamamoto, medlem af forskningsgruppen. "Vi var overraskede over, at signalet kunne detekteres selv ved -203,15 C (70 K). I fremtiden vil det kan være muligt at udvikle enheder, der kan fungere ved stuetemperatur. "

"Dalstrøm, i modsætning til ladestrøm er ikke dissipativ. Det betyder, at ingen energi går tabt under overførsel af oplysninger, "siger professor Tarucha. Han fortsætter, "Da strømforbruget er blevet et stort problem inden for moderne elektronik, dalstrømbaserede enheder åbner en ny retning for fremtidige computerenheder med ultra lavt strømforbrug. "