Sveitsiläisen Empa-tutkimuslaitoksen tutkijat ovat yhdessä Max Planck Instituten ja muiden yhteistyökumppaneiden kanssa saavuttaneet läpimurron, jota voidaan tulevaisuudessa käyttää tarkkoihin nanotransistoreihin tai mahdollisesti jopa kvanttitietokoneisiin. Tutkijoiden tuottamat puolijohteiset nanokomponentit voivat mahdollistaa transistorit, joiden kanavan poikkileikkaus on tuhat kertaa pienempi kuin nykyisillä.
Muutaman atomin levyisiin grafeenin nanonauhoihin onnistuttiin luomaan paikallisia kvanttitiloja. Näillä nanonauhoilla on erilaisia kiinteitä sähköisiä ominaisuuksia riippuen niiden muodoista ja leveydestä kuten johde, puolijohde tai eriste. Nyt tutkijat onnistuivat vaihtelemaan nauhojen ominaisuuksia varioimalla tarkasti niiden muotoa. Uuden tekniikan erityispiirteenä on, että mainittuja "tavanomaisia" elektronisten ominaisuuksia voidaan vaihdella ja tekniikkaa voidaan käyttää myös luomaan erityisiä paikallisia kvanttitiloja.
Kun kapean grafeeninauhan leveys muuttuu esimerkiksi seitsemästä yhdeksään atomiin, siirtymäkohtaan syntyy erityinen vyöhyke: koska kahden alueen sähköiset ominaisuudet poikkeavat toisistaan erityisellä topologisella tavalla, ollen näin "suojattu" ja siten siirtymävyöhykkeessä syntyy uusi vankka kvanttitila.
Tällaista paikallista elektronista kvanttitilaa voidaan sitten käyttää peruskomponenttina tuottamaan räätälöityjä puolijohteita, metalleja tai eristeitä ja mahdollisesti myös kvanttitietokoneiden komponenttina.
Empa-ryhmän tutkijat pystyivät osoittamaan, että jos nämä nauhat on rakennettu säännöllisesti vaihtelevilla vyöhykkeillä, joilla on eri leveydet, lukuisien siirtymien kautta syntyy ketju toisiinsa kytkeytyneitä kvanttitiloja, joilla on oma elektroninen rakenne. Kiinnostavaa on, että ketjun sähköiset ominaisuudet muuttuvat eri segmenttien leveydestä riippuen. Täten niitä voidaan hienosäätää johteista puolijohteisiin, joilla on erilaiset kaistaerot.
Näihin uusiin kvanttiketjuihin perustuen on mahdollista tulevaisuudessa valmistaa tarkkoja nanotransistoreita, mikä on olennainen askel matkalla nanoelektroniikkaan. Tutkijoiden tuottamat puolijohteiset nanokomponentit mahdollistaisivat transistorit, joiden kanavan poikkileikkaus on tuhat kertaa pienempi kuin nykyisillä.
Muita mahdollisuuksia voidaan kuvitella esimerkiksi spintroniikan tai jopa kvanttitietotekniikan alalla. Elektroniset kvanttitilat, joilla on eri leveys grafeenikaistaleiden liitoksissa, voivat kantaa myös magneettista momenttia. Tämä voisi mahdollistaa informaation käsittelemisen spinin avulla.
Empan tutkijaryhmä havainnoi myös mahdollisuuden käyttää menettelyä kubittien osina, mutta Kalifornian yliopiston Berkeleyn tiedemiehet ovat tutkineet erityisesti tätä mahdollisuutta. Kyseiset materiaalit ovat vakaita ympäristöolosuhteissa ja tällä seikalla on tutkijoiden mukaan tärkeä rooli tulevien sovellusten kehittämisessä.
Rakenteellisia nanonauhakaistaleita voitaisiin käyttää nanomittakaavan elektronien yksiulotteisina ansoina, joka sitoo yksittäisiä elektroneja liikkumattomiksi nauhasegmenttien väliseen liitokseen. Tämän saavuttamiseksi kuitenkin kahden nanonauhaosan elektronin "topologia" tulee olla erilainen.
Berkeleyn tutkijoiden mukaan nanonauha, jossa on vaihtelevan levyisiä osia muodostaa nanonauhan superhilan, joka tuottaa elektronien linjan, joka on vuorovaikutuksessa kvanttimekaanisesti. Riippuen kaistaleiden etäisyydestä, tällainen hybridi nanonauha on joko metalli, puolijohde tai kubit-ketju.
Jos kaksi elektronia on samalla tavoin ansoitettu sopivasti toistensa läheisyyteen, molemmat voivat tunneloitua nanonauhaa pitkin ja kohdata toisensa kvanttimekaniikan sääntöjen mukaisesti. Ja vierekkäisten elektronien spinit, jos ne sijaitsevat oikein, tulevat lomittuneiksi, mikä on olennaista kvanttitietotekniikan toteutuksessa.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 17.8.2018
Autoteollisuus on siirtymässä yhä monimutkaisempiin ohjelmistopohjaisiin järjestelmiin, joissa virheetön ohjelmisto on elintärkeää turvallisuuden ja suorituskyvyn varmistamiseksi. Ohjelmiston laatu ja luotettavuus eivät ole enää vain valinnaisia ominaisuuksia, vaan kriittisiä vaatimuksia erityisesti autonomisessa ajamisessa, kehittyneissä kuljettajaa avustavissa järjestelmissä (ADAS) ja yhdistetyissä ajoneuvojärjestelmissä.
Kestävä digitaalinen infrastruktuuri on kriittinen, jotta tietoliikenneverkot voidaan tehokkaasti valjastaa tekoälyinnovaatioiden ja pilvipohjaisten palveluiden tarpeisiin. Tekoälyyn liittyvien datarikkaiden sovellusten lisääntyvä kysyntä edellyttää tietoliikenneverkkoa, joka kykenee käsittelemään suuria tietomääriä alhaisella viiveellä, kirjoittaa Orange Businessin kumppaniratkaisuista vastaava Carl Hansson.
Euroopan unioni ottaa merkittävän askeleen avaruusteknologian kehittämisessä allekirjoittamalla sopimuksen uuden IRIS²-satelliittijärjestelmän toteuttamisesta. Tämä 290 satelliitin verkko on suunniteltu vahvistamaan Euroopan itsenäisyyttä ja turvallista yhteydenpitoa.
Jotta voidaan vastata uuden teknologian vaatimuksiin ja pitää järjestelmät toimimassa ”kellon tavoin”, on aika harkita ajoitusratkaisuja uudelleen. Tässä kaksiosaisessa "Precision Timing" -artikkelissa opit, miksi mikroelektromekaanisiin järjestelmiin eli MEMS-komponentteihin perustuvat piiajoituslaitteet päihittävät kvartsin elektroniikkasuunnittelun uudella aikakaudella. 
Matalatehoisten langattomien ratkaisujen asiantuntija Nordic Semiconductor ja eSIM-ratkaisuja kehittävä Kigen ovat julkistaneet yhteistyön, joka sujuvoittaa massiivisten IoT-verkkojen käyttöönottoa. Yhdessä he esittelevät CES 2025 -messuilla ratkaisun, joka yhdistää Nordic Semiconductorin nRF9151-moduulin ja Kigenin SGP.32 IoT eSIM-teknologian sekä laitteiden hallinta-alustan.
