Tutkijat etsivät jatkuvasti ratkaisuja, joilla voidaan toteuttaa yhä nopeampia transistoreja, piirejä ja järjestelmiä. Saksalaistutkijat ovat nyt löytäneet ratkaisun, jolla nanolangoista saadaan nopeampia elektronien kuljettajia. Innovaatio voi mahdollistaa ultranopeiden transistorien rakentamisen.
Puolijohdepohjaisiin nanojohtimiin perustuvien uusien konseptien odotetaan tekevän mikroelektroniikan piirien transistoreista parempia ja tehokkaampia. Elektronien liikkuvuudella on tässä keskeinen rooli: Mitä nopeammin elektronit voivat kiihtyä näissä pienissä johtimissa, sitä nopeammin transistori voi kytkeytyä päälle ja pois, ja sitä vähemmän energiaa se vaatii.
Tutkijaryhmä HZDR:stä (Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorfista), Dresdenin teknisestä korkeakoulusta ja Dresdenissä toimivasta NaMLabista on nyt onnistunut osoittamaan kokeellisesti, että elektronien liikkuvuus nanolangoissa lisääntyy huomattavasti, jos nanolangan kuori pakottaa langan ytimen vetojännityksen alaiseksi.
Nanolangoilla on ainutlaatuinen ominaisuus: Nämä erittäin ohuet langat kestävät erittäin suuria elastisia jännityksiä vahingoittamatta materiaalin kiderakennetta. Ja silti materiaalit itsessään eivät ole epätavallisia. Esimerkiksi galliumarsenidia käytetään laajalti teollisessa valmistuksessa, ja sillä tiedetään olevan suuri luontainen elektronien liikkuvuus.
Tämän liikkuvuuden parantamiseksi edelleen Dresdenin tutkijat tuottivat nanolankoja, jotka koostuivat galliumarsenidiytimestä ja indium-alumiiniarsenidikuoresta. Erilaiset kemialliset ainesosat johtavat siihen, että kuoren ja ytimen kiderakenteissa on hieman erilaiset hilavälit. Tämä saa kuoren kohdistamaan suuren mekaanisen rasituksen paljon ohuempaan ytimeen. Ytimessä oleva galliumarsenidi muuttaa sen elektronisia ominaisuuksia.
- Vaikutamme ytimessä olevien elektronien teholliseen massaan. Elektronit tulevat niin sanotusti kevyemmiksi, mikä tekee niistä liikkuvampia, kuvailee tohtori Emmanouil Dimakis HZDR:n ionisuihkufysiikan ja -materiaalien tutkimuslaitokselta äskettäin julkaistuja tutkimustuloksia.
Kun nanolangan ydint venytetään, elektronien pitäisi liikkua vieläkin nopeammin. Useat mittaukset ja testit osoittivat teorian todeksi. Elektronit nanojohtojen ytimessä liikkuivat huoneenlämmössä noin 30 prosenttia nopeammin kuin elektronit vastaavissa nanolangoissa, jotka olivat jännittymättömiä tai galliumarsenidissa.
Elektronien liikkuvuutta nanolangan ytimessä tutkijat mittasivat optisella spektroskopialla. Laserpulssin avulla he vapauttivat elektroneja materiaalin sisällä. Tulosten vertaaminen simuloituihin malleihin paljastaa, kuinka elektronit liikkuvat: mitä suurempi niiden nopeus ja mitä vähemmän esteitä ne kohtaavat, sitä pidempään värähtely kestää. Ytimen osuus nanolangan materiaalista on noin yksi prosentti, joten mitattavat signaalit olivat erittäin heikkoja.
Asiantuntijat odottavat, että uudet nanolankakonseptit transistoreille tunkeutuvat myös teolliseen tuotantoon lähivuosina. Dresdenissä saavutettu kehitys on erityisen lupaavaa ultranopeille transistoreille. Tutkijoiden seuraava askel on kehittää tutkittujen nanolankojen pohjalta ensimmäiset prototyypit ja testata niiden käyttökelpoisuutta.
Analog Devices päätti jokin aika sitten lopettaa yhteistyön englantilaisen jakelijan Anglia Componentsin kanssa. Tässä ei ole sinänsä mitään ihmeellistä, mutta Anglia suivaantui tästä niin paljon, että tuli julkisuuteen asian kanssa. Toimitusjohtaja Steve Rawlinsin mukaan ADI:n päätös rajoittaa asiakkaiden valinnanvaraa.
Tulevaisuuden autot nojaavat yhä tiukemmin nopeaan datansiirtoon. Tämän dataväylän pitää perustua standardiin. Sellainen on PCIe-väylä, kertoo Microchip.