Manipulering af transistorer ved terahertz-frekvenser

Et tværfagligt team ved Ruhr-Universität Bochum har fundet en måde at få adgang til det indre af transistorer. Forskerne har manipuleret elektrongassen indeholdt ved at anvende resonatorer til at generere rytmisk svingning i terahertz-området indeni. De delte deres resultater i bladet Videnskabelige rapporter .

Transistorer kan manipuleres ikke kun med spændinger

Bruges til at skifte og forstærke, transistorer er grundlæggende elementer i moderne elektronik. Ved at påføre en specifik spænding eksternt til en transistor, en elektrisk strøm styres indeni, hvilken, på tur, genererer en ny spænding. Sammenlignet med den eksternt påførte spænding, den nye spænding kan blive forstærket, kan svinge eller være logisk forbundet med den. For at interagere med deres omgivelser via elektrisk strøm og spænding, transistorer indeholder ultratynde elektronlag, såkaldte 2D elektrongasser. RUB-holdet demonstrerede, at disse gasser ikke kun kan styres via jævnstrøm og radiofrekvensspændinger.

Elektrongas kan oscilleres som gelé

"En 2D elektrongas er som gelé, " forklarer professor dr. Andreas Wieck fra lærestolen for anvendt faststoffysik. "Hvis tryk påføres elektrisk på gassen ovenfra med en karakteristisk frekvens, tykkelses- og tæthedsoscillationer genereres." Følgelig, gassen kan manipuleres via elektriske kræfter, som oscillerer meget hurtigere end nogen radio- eller mikrobølgefrekvens. Da den har en tykkelse på kun omkring ti nanometer, svingningerne følger kvantemekanikkens love. Det betyder:alle forekommende svingninger har en bestemt frekvens, nemlig i terahertz-området, dvs. i området 1012 Hertz. "Tryk på elektrongassen skal påføres i den hurtige ændring, " uddyber Wieck. Andreas Wieck, Dr Shovon Pal, Dr. Nathan Jukam og andre kolleger fra arbejdsgruppen Terahertz Spectroscopy and Technology samt fra formanden for Electronic Materials and Nanoelectronics har fundet en måde at udløse de nødvendige svingninger. Dermed, en ny metode til at få adgang til det indre af en transistor er blevet skabt.

Resonatorer genererer tykkelsesoscillationer

Et hundrede nanometer over elektrongassen, RUB-forskerne fordampede en række identiske metalliske resonatorer, som kan oscillere med den nødvendige faste frekvens. Elektrongassen var indlejret i en halvleder og kunne modificeres via ekstern jævnspænding, den kunne nemlig gøres en smule tykkere eller tyndere. Tykkelsen bestemmer frekvensen, som får gassen til at svinge optimalt. Installation af ekstern spænding, forskerne var i stand til at finjustere elektrongassen til resonatorerne, dvs. juster gassen, så resonatorernes vekslende elektriske tryk exciterer den optimalt til at oscillere i terahertz-området.

Sensorer til kemi- og miljøteknologi

Denne metode kunne være af interesse for sensorer i kemiske og miljømæssige applikationer, som forskerne foreslår. Dette skyldes, at molekyleoscillationer typisk sker i terahertz-området. Med modificerede transistorer, sådanne svingninger kan registreres, og der kan udvikles sensorer, der reagerer på frekvenserne af visse gasser eller væsker.