Forskare vid University of North Carolina på Chapel Hill gjorde en enkelriktad gata för elektroner som kan låsa upp möjligheten för enheter att bearbeta ultrahöghastighets trådlös data och samtidigt skörda energi för kraft. Forskarna gjorde detta genom att forma kisel i mikroskopisk skala för att skapa en tratt, eller "spärr, "för elektroner.

Denna metod övervinner hastighetsbegränsningarna för tidigare teknik genom att ta bort gränssnitt som tenderar att sakta ner enheter. "Detta arbete är spännande eftersom det kan möjliggöra en framtid där saker som lågeffektsmartur laddas trådlöst från data de redan får utan att behöva behöva lämna en persons handled, "sa James Custer Jr., doktorand vid UNC-Chapel Hill's College of Arts &Sciences.

Resultaten publicerades 10 april i tidningen Vetenskap . Custer är huvudförfattare. Han arbetade med kollaboratörer vid Duke och Vanderbilt universitet.

Elektroner bär elektrisk ström, och de bryr sig vanligtvis inte om formen på tråden i vilken strömmen strömmar. Än, när saker blir väldigt små, formen spelar roll. Trattarna här är extremt små, mer än en miljon gånger mindre än en typisk elektrisk ledning. Som ett resultat, elektronerna inuti beter sig som biljardbollar - studsar fritt från ytor. Den asymmetriska trattformen får sedan elektronerna att studsa företrädesvis i en riktning. I själva verket, elektronerna tvingas följa en enkelriktad gata.

Under en likströmsspänning (DC) tratten gör det lättare för strömmen att flöda i en riktning framåt än bakåt, skapa en elektrisk diod. När växelström (AC) används, strukturen tillåter fortfarande bara att strömmen flödar i en riktning, bete sig som en spärrhake och få elektroner att byggas upp på ena sidan. Denna process är som en hylsnyckel, vilka spärrar tvingar fram fysisk rörelse i endast en riktning.

Arbetet har visat att dessa elektronspärrar skapar "geometriska dioder" som fungerar vid rumstemperatur och kan låsa upp oöverträffade förmågor i den illusiva terahertz -regimen.

"Elektriska dioder är en grundläggande komponent i elektronik, och våra resultat tyder på att det kan finnas ett helt annat paradigm för design av dioder som fungerar vid mycket höga frekvenser, "sa James Cahoon, docent i kemi. Cahoon är motsvarande författare och ledde studiens forskargrupp. "Resultaten är möjliga eftersom vi odlar strukturerna nedifrån och upp, använder en syntetisk process som ger geometriskt exakt, enkristallina material. "

Elektronspärrarna skapas av en process som tidigare utvecklats i Cahoon -gruppen som heter ENGRAVE, som står för "Encoded Nanowire Growth and Appearance through VLS and Etching." ENGRAVE använder en ånga-vätska-fast process för att kemiskt odla enkristallcylindrar av kisel, kallas nanotrådar, med exakt definierad geometri.

"Mycket av arbetet på detta område har tidigare gjorts med dyra material vid kryogena temperaturer, men vårt arbete belyser att geometriska dioder tillverkade med relativt billigt kisel kan fungera vid rumstemperatur, som till och med överraskade oss till en början, "Custer sa." Vi hoppas att våra resultat väcker ett stort intresse för geometriska dioder. "

Dioder är ryggraden i all teknik; de tillåter datorer att bearbeta data genom att koda signaler som 1:or och 0:or. Traditionellt, dioder kräver gränssnitt mellan material, såsom mellan halvledare av n-typ och p-typ eller mellan halvledare och metaller. Däremot, geometriska dioder är gjorda av ett enda material och använder helt enkelt form för att rikta laddningar företrädesvis i en riktning.

Med fortsatt utveckling, nanowire elektron spärrar lovar att asfaltera en höghastighets, enkelriktad väg till ny teknik.